Kate Walsh es una de las actrices más queridas de la televisión gracias a su papel como la doctora Addison Montgomery en el exitoso drama de la ABC Sin cita previa, el spin-off de Anatomía de Grey. El enorme éxito de su personaje en Anatomía de Grey, en la que apareció por primera vez en 2005, llevó a la cadena ABC y a la creadora y guionista Shonda Rhimes a desarrollar un spin-off basado únicamente en el personaje de Walsh. Sin cita previa se estrenó en septiembre de 2007 y fue la novedad mejor valorada de la temporada, además de la serie más vista de las noches de los miércoles. La serie prolongó su éxito durante seis temporadas, hasta su clausura en enero de 2013.

Durante las dos temporadas que Walsh estuvo en Anatomía de Grey, la serie recibió el Premio del Sindicato de Actores al Mejor Reparto en 2007 y dos nominaciones, en 2006 y 2008, al Mejor Reparto por parte del Sindicato de Actores y de la Asociación de la Prensa Extranjera de Hollywood. Anatomía de Grey ganó el Globo de Oro a la Mejor Serie Dramática en 2007 y fue nominada de nuevo al año siguiente. La serie también fue nominada al Premio Emmy a la Mejor Serie Dramática en 2006 y 2007, y recibió tres premios seguidos a la Mejor Serie Dramática en los Premios Image de la asociación NAACP.

Aunque Sin cita previa ya no está en antena, Walsh, además de PLAN DE CHICAS, ha encontrado otras vías para mostrar su talento. Por ejemplo, actuando en la serie dramática de Netflix Por trece razones, de 13 episodios y dirigida por Tom McCarthy, basada en el best seller de Jay Asher. La serie narra el viaje emocional de un joven llamado Clay, después de recibir una caja de zapatos con cintas de casete de su compañera de clase Hannah, recientemente fallecida por suicidio y de la que estaba enamorado. Walsh interpreta a la madre de Hannah, un papel clave en la trama. Además, ha terminado de rodar recientemente el drama The Silent Man, dirigida por Peter Landesman y cuyo reparto está plagado de estrellas. La cinta la protagoniza Liam Neeson como el agente del FBI Mark Felt, que se convirtió en el confidente "Garganta profunda" de los periodistas Bob Woodward y Carls Bernstein para ayudarlos a destapar el escándalo Watergate en 1974.

En 2014, Walsh coprotagonizó la adaptación televisiva de Fargo, junto a Billy Bob Thornton y Martin Freeman. La serie, producida por FX, ha ganado varios Globos de Oro y Premios Emmy. Ese mismo año se estrenó Bad Judge, de la NBC, una comedia de episodios de media hora de duración que Walsh protagonizada y en la que también era productora ejecutiva. La serie estaba centrada en el personaje de Walsh, una de las juezas más duras y respetadas de Los Ángeles, pero con fama de comportarse de manera heterodoxa tanto en los juicios como en su vida privada. Un año antes, Walsh apareció en Full Circle, de DirecTV, serie creada por Neil Labute.

Además de su trabajo en televisión, sus títulos en el cine incluyen Just Before I Go, dirigida por Courtney Cox; Verano en Staten Island, producida por Lorne Michaels; Las ventajas de ser un marginado, dirigida por Stephen Chbosky y protagonizada por Paul Rudd, Emma Watson y Logan Lerman; Legión, junto a Paul Bettany y Dennis Quaid; Angels Crest, con Mira Sorvino; Un entrenador genial, junto a Will Ferrell; Bajo el sol de la Toscana, con Diane Lane; El gran golpe, dirigida por Brett Ratner y Family Man, también de Ratner, con Nicolas Cage.

En noviembre de 2010, Walsh lanzó su propia compañía de cosmética, financiada por ella misma: Boyfriend. En un lanzamiento conjunto con la cadena de televenta Home Shopping Network (HSN), la fragancia Boyfriend vendió todas sus unidades en un plazo récord de 30 minutos. En febrero de 2011, la cadena de tiendas Sephora se convirtió en el distribuidor exclusivo de Boyfriend. Así, la fragancia se aupó en el ranking de ventas hasta colocarse entre las diez primeras. La segunda fragancia de Walsh, Billionaire Boyfriend, se lanzó en la cadena HSN y en las tiendas Sephora en febrero de 2012. Además de ser la imagen de su propia compañía, Walsh ha trabajado para marcas de prestigio como Garnier y Cadillac.

Walsh comenzó su carrera de actriz en Chicago, donde estudió en la renombrada escuela y compañía de teatro Piven Theatre Workshop. Trabajó en numerosas producciones teatrales con la compañía Shakespeare Repertory, como Born Guilty, Moon Under Miami y Troilo y Crésida, aclamadas por la crítica. Tras trasladarse a Nueva York y aparecer en varios programas de televisión, que incluyeron colaboraciones habituales en The Mike O’Malley Show (NBC), Confidencias del Hombre Casado (HBO) y The Drew Carey Show (ABC), Walsh volvió a sus orígenes teatrales y, en 2010, actuó, junto a Paul Sparks, en Dusk Rings a Bell, una producción off-Broadway dirigida por Sam Gold.

Actualmente reside en Los Ángeles.