Jeune actrice anglaise expatriée à Hollywood, Kate est née dans le milieu de la comédie puisque ses parents Roger Winslet et Sally Bridges sont tous deux acteurs de théâtre. Après avoir brûlé les planches à Londres et avoir participé à quelques feuilletons britanniques, Kate est choisie par le réalisateur néo-zélandais Peter Jackson pour camper le rôle de Juliet Hulmes, une jeune adolescente perturbée dans Créatures célestes (1994). Kate joue alors dans le drame d'époque adapté de Jane Austen,
Raison et sentiments (1995) d'Ang Lee aux côtés d'Hugh Grant et d'Emma Thompson. Elle reçoit à 20 ans sa première nomination aux Oscars, catégorie meilleur second rôle féminin. Elle a également à son actif le BAFTA et le Screen Actors Guild Award du meilleur second rôle féminin.
Très à l'aise dans les films d'époque, elle joue dans le
Jude (1996) de Michael Winterbottom avant de camper le rôle d'Ophélie dans l'adaptation cinématographique du classique de Shakespeare, Hamlet (1996) de et avec Kenneth Branagh. Mais c'est pour le rôle de Rose DeWitt Bukater, jeune aristocrate passionnée et assoiffée de liberté dans la superproduction de James Cameron,
Titanic (1997) qu'elle accède à la consécration mondiale. Sélectionnée pour l'Oscar et le Golden Globe de la meilleure actrice (finalement remportés par Helen Hunt), elle s'impose sur l'écran aux côtés de Leonardo DiCaprio.
Elle enchaîne avec la petite production britannique Marrakech Express (1998) dans lequel elle s'expatrie au Maroc avant de tourner sous la direction de la réalisatrice néo-zélandaise Jane Campion dans
Holy Smoke. En 2000, elle revient au film d'époque en donnant la réplique à Geoffrey Rush et Joaquin Phoenix dans Quills, la plume et le sang (2000). Elle récidive aux Oscars en étant sélectionnée dans la catégorie du meilleur second rôle féminin pour le rôle de l'écrivaine Iris Murdoch dans le drame biographique Iris (2001) avec la grande Judi Dench avant de se retrouver embarquée en pleine Seconde Guerre mondiale dans
Enigma (2001) de Michael Apted.
Actrice de défis, elle change de registre en 2003 dans La Vie de David Gale, d'Alan Parker, thriller carcéral sur la peine de mort face à Kevin Spacey, puis est unanimement saluée en 2004 pour sa prestation dans Eternal Sunshine of the Spotless Mind (2004) du réalisateur français Michel Gondry, aux côtés de Jim Carrey, qui lui vaut sa quatrième nomination aux Oscars ainsi que pour sa prestation de mère courageuse, égérie du romancier J. M. Barrie (interprété par Johnny Depp) dans le drame
Neverland (2004) de Marc Forster. Elle tourne par la suite la comédie musicale Romance and Cigarettes (2005) de et avec John Turturro, face à Susan Sarandon. Elle côtoie également Sean Penn, Jude Law et Anthony Hopkins dans le drame politique
Les Fous du roi (2005) de Steven Zaillian avant de s'essayer à la comédie romantique avec The Holiday (2006) de Nancy Meyers avec Jude Law, Cameron Diaz et Jack Black et de récolter sa cinquième proposition aux Oscars (soit sa troisième dans la catégorie meilleure actrice) pour sa prestation dans le drame Little Children (2006) de Todd Field, face à Patrick Wilson et Jennifer Connelly.
Souvent proposée, jamais gagnante, Kate Winslet accède enfin à la gloire. En 2009, soit douze ans après
Titanic, elle retrouve Leonardo DiCaprio dans Les Noces rebelles réalisé par Sam Mendes, alors son mari. Le film, adapté d'un roman acclamé de Richard Yates, raconte l'histoire d'un jeune couple qui, d'apparence heureuse, est tiraillé entre ses désirs personnels et le besoin de se conformer à la société américaine des années 1950. Tout de suite après, elle interprète avec un talent désarmant le rôle d'Hanna Schmitz dans l'adaptation du roman de Bernard Schlinck, Le Liseur, réalisé par Stephen Daldry face à Ralph Fiennes. Le film relate l'amour passionné d'un adolescent pour une femme de vingt ans son aînée accusée plus tard de crimes nazis dans l'Allemagne de l'après-guerre. Ces deux prestations couvrent la comédienne de gloire puisqu'elle remporte les deux Golden Globes de la catégorie féminine (meilleure actrice dans un drame et meilleur second rôle féminin), ainsi que le BAFTA de la meilleure actrice dans un rôle principal pour son extraordinaire prestation dans Le Liseur. Consécration ultime : elle reçoit le 22 février 2009, au terme de maintes propositions, l'Oscar de la meilleure actrice des mains de la lauréate précédente Marion Cotillard pour son interprétation d'Hanna Schmitz dans Le Liseur.
Kate Winslet aura également représentée le parfum Trésor de Lancôme de 2007 à 2010, et est l'ambassadrice des produits de la gamme Rénergie et du rouge à lèvres L'Absolu Rouge, deux cosmétiques de la même marque. Elle est également l'égérie de la marque Longines aux côtés de l'actrice Aishwarya Rai depuis l'été 2010.
Côté vie privée, Kate Winslet est maman d'une petite fille prénommée Mia Honey (née le 12 octobre 2000 avec son ex-mari Jim Threapleton) et d'un petit garçon, Joe Alfie (né le 22 décembre 2003 avec Sam Mendes, son autre ex-mari). Elle sortait avec le top model britannique Louis Dowler depuis le 20 août 2010 mais se sont séparés quelques mois plus tard.