Katee Sackhoff a eu des rôles dans des films comme Halloween resurrection, et à la télévision dans les séries télévisées The Education of Max Bickford, Urgences et Cold Case : affaires classées. Elle incarne le rôle féminin principal dans le film d'action/science-fiction The Last Sentinel, le thriller psychologique White Noise: The Light, et le film How I Married My High School Crush.
Dans Battlestar Galactica, elle a obtenu le rôle de Kara « Starbuck » Thrace, une pilote de combat dans la Flotte Coloniale. Dans la série originale, Galactica, son personnage était de sexe masculin, interprété par
Dirk Benedict. La décision du créateur de la série
Ronald D. Moore de changer le genre du personnage fut controversée à l'origine -- principalement par les fans de la série originale -- mais beaucoup ont accepté le jeu de Sackhoff en tant que pilote casse-cou.
Katee Sackhoff a été prise pour le rôle de la première et méchante femme bionique, Sarah Corvus, dans quelques épisodes de la nouvelle série télévisée Bionic Woman de 2007. Katee Sackhoff a également prêté sa voix à une marine féminine dans le jeu vidéo Halo 3.
Elle a aussi fait une apparition en tant que guest star dans la série The Big Bang Theory, dans l'épisode 9 de la saison 3 "The Vengeance Formulation" ainsi que dans l'épisode 4 de la saison 4.
En 2010, elle est à l'affiche de la série 24 heures chrono pour la saison 8.