Кетрін — молодша з п'яти дітей у сім'ї молекулярного біолога Джеральда Л. Деннінгс і поетеси та логопеда Еллі Джудіт Литвак. Її сім'я єврейського походження (з України). Навчалася дівчинка вдома. Шкільний курс вона закінчила рано, в чотирнадцять років. Разом з родиною у 2002-му вона перебралася в Лос-Анджелес, щоб отримати можливість професійно зайнятися акторським ремеслом. Спочатку підтримки ідея Кет у батьків не зустріла — професія актриси не видалася їм чимось досить серйозним.
Виступати Кетрін почала ще дитиною — у неї був ряд ролей в рекламних проєктах, в тому числі - в рекламі картопляних чипсів. У 2000-му вона вперше отримала велику роль - на кабельному каналі HBO, у проєкті «Секс і Місто». Потім була роль дочки Боба Сейджета на смертному проєкті «Вирощуючи тата» («Raising Dad»); слідом були ролі в телесеріалах «Без сліду» («Without a Trace») і «Клава, давай!» («Less Than Perfect»). У 2004-му Кетрін зіграла в картині «Піднеси свій голос» («Raise Your Voice»), а у 2005-му отримала роль у фільмі «Сорокалітній незайманий». У 2005-му і 2006-му у неї були епізодичні ролі в серіалі «Швидка допомога» ('ER'); надалі вона грала в «CSI: Місце злочину Нью-Йорк» ('CSI: NY') і в комедії «Будинок великої матусі 2» ('«Big Momma's House 2») з Мартіном Ловренсом.
У 2008-му Деннінгс зіграла головну роль у картині «Витівки в коледжі» — історії про багатого тінейджера, що виступає в новій школі як психіатр; Кетрін дісталася роль головної героїні та любовного інтересу самого Бартлетта. Слідом була роль в «Хлопцям це подобається» з Анною Фаріс і в «плейліста Ніка і Нори» з Майклом Серою. За останню картину Кет була номінована на премію «Саттелітт» як «Найкраща акторка в мюзиклі або комедії».
У 2009 Деннінгс зіграла в «Людина, яка все знав» («The Answer Man») — історії про зоряного автора, чиї маніфести стають буквально новою Біблією. У тому ж році вона отримала роль в похмурому дитячому фільмі Роберта Родрігеса«Камінь бажань».
Деннінгс знялася у фільмі «Захесник» і в романтичній комедії «Liars (AE)».
У 2011—2017 роках виконувала головну роль у серіалі-ситкомі «Дві дівчини без копійчини» — офіціантка Макс Блек.
З січня 2001 по 20 лютого 2010 року актриса вела власний блог на своєму сайті. Пізніше вона перейшла на YouTube, де продовжила займатися відеоблогінгом. З дитячих років у неї жовтий пояс карате; з тих же часів Кет — пристрасна читачка. Питаннями релігії Деннінгс особливо не переймається, хоча і визнає значущість юдаїзму для свого життя.
Особисте життя
У 2005-му Кет зустрічалася з Айрою Девідом Вудом-четвертим; з 2007 року її часто бачать в компанії Метью Грея Габлер.
З 2011 по 2014 рік зустрічалася з партнером по серіалу «Дві дівчини без копійчини» Ніком Зано.
