A l'âge de six mois, Kim Cattrall quitte l'Angleterre pour le Canada, où elle passe son enfance. Elle retourne dans son pays natal à l'âge de onze ans, afin d'étudier à la "London Academy of Music and Dramatic Art". Quatre ans plus tard, la jeune fille obtient une bourse pour l'"American Academy of Dramatic Arts" de New York. Son diplôme en poche, elle décroche son premier rôle en 1975 dans Rosebud d'Otto Preminger, qui lui fait signer un contrat pour cinq ans. Mais Universal casse ce contrat et la rattache au studio avec son "Universal Contract Player System". L'actrice apparaît par la suite dans de nombreuses séries de télévision tout en continuant à jouer au théâtre.

Dans les années 80, on la voit au cinéma dans des grosses productions telles que Police Academy, Porky's, Masquerade ou Les Aventures de Jack Burton dans les griffes du mandarin de John Carpenter. En 1989, la comédienne incarne la fille de Faye Dunaway dans Le Retour des mousquetaires de Richard Lester.

Si Kim Cattrall continue à tourner pour le grand écran dans les années 90 (notamment dans Le Bûcher des vanités de Brian De Palma en 1991 ou Memoires suspectes de John Dahl en 1997), son rôle le plus célèbre de la fin de la décennie est sans doute celui de Samantha Jones, la croqueuse d'hommes, dans la série Sex & the City. Révélée au grand public, la séduisante comédienne, souvent sollicitée pour des rôles de femmes fatales, interprète la mère de Britney Spears dans Crossroads en 2002. En 2004, à la fin de sa série à succès, elle voit sa carrière au cinéma ralentir, avec quelques apparitions, dont une dans The Tiger's Tail de John Boorman. Il faudra attendre 2007 pour que la comédienne retrouve le haut de l'affiche avec Sex and the City - The Movie.

En 2010, Kim Cattrall étoffe son CV déjà bien rempli, en tournant sous la direction de Roman Polanski dans The Ghost-Writer. Elle se distingue la même année dans Sex and the City 2, où elle retrouve le personnage de Samantha, la célèbre attachée de presse indépendante et séductrice inconditionnelle.