1997年，在美国罪案剧《
法律与秩序》中出镜，由此开始了她的影视表演生涯。1999年，出演个人首部电影《
疑云密怖》。2001年，出演罪案剧《
法律与秩序：特殊受害者》。
2005年，与
希斯·莱杰、
杰克·吉伦哈尔共同出演了剧情电影《
断背山》，她在片中饰演男主角恩尼斯·德尔玛的大女儿，其演技得到该片导演
李安的肯定；同年，主演恐怖电影《
都市传奇：血腥玛丽》，并在片中提携了同为演员的妹妹
鲁妮·玛拉。
2006年8月11日，与
蒂姆·艾伦、
柯特妮·考克斯联袂主演的冒险喜剧电影《
超人集中营》上映，她在片中饰演具有飘浮在空气中和精神感应能力的女孩萨莫·琼斯；同年，出演了由瑟夫·迈克金提·尼彻执导的剧情电影《
我们是马歇尔》，在片中饰演一位队员的女友。
2007年，与
马克·沃尔伯格共同主演了动作电影《
生死狙击》，在片中饰演美丽的女老师萨拉·芬。2008年，主演由
查尔斯·马丁·史密斯执导的喜剧电影《
命运之石》，在片中饰演行动小组中的女生凯·马西森；同年，与
伍迪·哈里森、
艾米莉·莫迪默联袂主演了惊悚电影《
横穿西伯利亚》，在片中饰演卡洛斯的女友艾比。
2011年3月，与
玛琳·阿克曼联袂主演的喜剧电影《
纽约客的故事》在北美上映，她在片中饰演一位歌手；同年，主演了由贝斯·布劳斯坦执导的黑色幽默喜剧电影《
偷窥的世界》；同年，出演恐怖题材电视剧《
美国恐怖故事第一季》，在剧中饰演神经质的鬼魂海登。2012年9月12日，与
查宁·塔图姆联合主演的喜剧电影《
十年》在北美上映。
2013年2月1日，与
凯文·史派西、
罗宾·怀特联合主演的政治题材网剧《
纸牌屋第一季》在Netflix上线，在片中饰演为了上位、获得独家情报而不惜与白宫议员发生关系的女记者佐伊·巴恩斯，她凭借该剧入围
第66届美国电视艾美奖剧情类剧集最佳客座女演员。
2014年2月，与凯文·史派西联袂出演的政治题材网剧《
纸牌屋第二季》上线，在片中饰演死于非命的女记者佐伊·巴恩斯；同年4月17日，与
约翰尼·德普、
摩根·弗里曼联袂主演的科幻电影《
超验骇客》上映，她在片中饰演具有攻击性人格的反派角色布里。
2015年，与
迈尔斯·特勒、
杰米·贝尔共同主演了超级英雄电影《
神奇四侠2015》，在片中饰演聪明魅力且个性独立的隐形女；同年，与
马特·达蒙、
杰西卡·查斯坦联袂出演了科幻电影《
火星救援》，在片中饰演计算机专员贝斯·约翰森；9月，与
大卫·奥伊罗联袂主演的剧情电影《
人质》在北美上映。
2017年，与
汤姆·菲尔顿、
拉蒙·罗德里格兹联袂主演了军事题材电影《
战犬瑞克斯》，她在片中饰演不善与人交流的叛逆少女梅根·利维。
2018年4月6日，与
杰森·克拉克共同主演的传记犯罪电影《
查帕奎迪克》在北美上映，她在片中饰演政治竞选战略专家柯佩芝妮；同年，出演了由
瑞恩·墨菲执导的歌舞剧集《
姿态》。
2023年5月10日，参演电视剧《09届探员》播出。6月15日，主演的电视剧《
黑镜第六季》播出。
凯特·玛拉出生于美国纽约的名门之后。她的叔祖父丹·鲁尼曾是美国驻
爱尔兰大使，也是爱尔兰基金慈善组织的联合创始人；而她的祖父和外祖父分别是纽约巨人橄榄球队和匹兹堡钢人橄榄球队的创建者和拥有者。此外，凯特·玛拉在家中四个兄弟姐妹中排行老二，妹妹是主演过电影《
龙纹身的女孩》的
鲁妮·玛拉。
2017年夏，凯特·玛拉与同为演员的
杰米·贝尔结婚。2019年5月28日，凯特·玛拉诞下两人的第一个孩子，是个女儿。2022年11月，凯特·玛拉与杰米·贝尔迎来了他们的第二个宝宝。
凯特·玛拉拥有自己的特色。美剧《纸牌屋》里那个处事理性、眼神犀利的记者佐伊已经在无形之中给她的个人形象添上了一层锐利的气质。而在超级英雄电影《神奇四侠2015》中，凯特·玛拉挑战的是已经为大众所接受的杰西卡·阿尔巴，也许无法超越旧版的甜美，但她所饰演的新隐形女在设定上多了一份知性，少了一点柔弱，为观众带来了与众不同的新鲜感。此外，隐形女是凯特·玛拉从影以来所饰演的攻击性较弱的角色，这也与她的个人性格较为贴切。作为一名享受当下的女演员，她的表演并没有掺杂太多的功利性，并为其带来了持续的乐趣。（《
电影故事》评）