Kathy muove i suoi primi passi d'attrice recitando in alcuni teatri poco famosi.
Grazie ad una lunga esperienza teatrale, diverse interpretazioni per la Tv e qualche ruolo di secondo piano al cinema, nel 1990 vince l'Oscar con il thriller "Misery non deve morire" di Rob Reiner nel ruolo di una matura e grassa infermiera psicopatica.
Nel 1991 recita con Tom Waits nel film drammatico "Giocando nei campi del Signore" di Hector Babenco. Nello stesso anno, ottiene una parte nel film diretto e interpretato da Woody Allen "Ombre e Nebbia" insieme a Jodie Foster e Mia Farrow e in "Pomodori verdi fritti" di John Avnet.
Nel 1992 è la volta di "La Vedova Americana" di Beeban Kidron, con Marcello Mastroianni e Shirley MacLaine. Nel 1995 recita nel film fantastico di Rob Reiner "Genitori Cercasi" con Bruce Willis e l'anno successivo la troviamo nei panni di una detective sfacciata nel thriller "Diabolique" di Jeremy Chechick con Isabelle Adjani e Sharon Stone.
Nel 1997 recita nel superpremiato Kolossal "Titanic" di James Cameron, con Leonardo di Caprio e Kate Winslet. L'anno successivo recita con John Travolta in "I Colori della Vittoria" di Mike Nichols, nel ruolo di Libby, una donna matura e dichiaratamente omosessuale, dove ottiene una nomination all'Oscar come miglior attrice non protagonista.
Una seconda candidatura nella stessa categoria le viene assegnata nel 2003 per l'interpretazione in "A proposito di Schmidt" di Alexander Payne.
Nel 2004 racita nella pellicola "Il Giro del Mondo in 80 Giorni" ed ha recitato accanto a Jennifer Aniston e Kevin Costner in "Vizi di famiglia" (Rumor has it, 2005) e in "Failure To Launch" (2006), accanto a Matthew McConaughey e Sarah Jessica Parker.
Di recente ha lavorato in "Fred Claus" (2007) con Vince Vaughn e Paul Giamatti; interpreterà inoltre il film "Revolutionary Road" (2008) di Sam Mendes.