Кейт родилась в Лондоне в семье театральной актрисы Джуди Ло и известного киноактёра Ричарда Бекинсейла, умершего в 1979 году в возрасте 31 года. У Кейт есть старшая сводная сестра Саманта, также актриса. Прадедушка Бекинсейл был выходцем из Бирмы, и Кейт утверждает, что в детстве у неё была «очень азиатская внешность».

Бекинсейл занимала первые места на конкурсах пишущей молодёжи. После окончания школы в Лондоне, она пошла по стопам своих родителей и начала свою актёрскую карьеру. Свою первую роль она сыграла в художественном фильме «Один против ветра» о Второй мировой войне, появившемся в эфире в1991 году. Кейт изучала французскую и русскую литературу в Оксфордском университете, хотя так и не получила учёную степень. Однако её знакомство с    иностранными языками и литературой позволило ей расширить спектр своих ролей.


Во время первого года в Оксфорде Бекинсейл предложили роль в кинофильме Кеннета Браны «Много шума из ничего» по одноимённой пьесе Шекспира. Свой последний год учёбы Кейт провела в Париже, после чего решила уйти из университета и сосредоточиться на актёрской карьере. Впоследствии она сыграла в нескольких низкобюджетных картинах, включая «Надувательство» и «Последние дни диско» (оба фильма 1998 года). В то же время актриса продолжала играть в театре и на телевидении.
Её первый крупный американский фильм, «Разрушенный дворец» (1999), не имел коммерческого успеха. А вскоре Бекинсейл снялась в фильме 2001 года «Перл-Харбор», ставшем одним из самых успешных в том году. В последующие годы Кейт снималась в дорогих американских фильмах, которые однако не имели признания у критиков: «Интуиция» (2001), «Другой мир» (2003) и «Ван Хельсинг» (2004). Также она снялась в роли Авы Гарднер в фильме «Авиатор» (2004), получившем несколько «Золотых глобусов» и пять «Оскаров». Для этой роли Бекинсейл специально поправилась на 20 фунтов (9 кг).

В 2006 году журнал FHM отдал Бекинсейл 78-е место в списке «100 самых сексуальных женщин мира». В 2005 году она заняла 71 строчку. Журнал Maxim дал ей 16-ое место в своём аналогичном рейтинге «HOT 100» (2003), а журнал Stuff — 63. Журнал Hello! назвал Кейт первой красавицей Англии в 2002 году.



В январе 2006 года Бекинсейл вновь исполнила роль вампирши Селин в фильме «Другой мир: Эволюция», продолжении фильма 2003 года, который вновь режиссировал её муж, Лен Уайзман. Фильм стал первым коммерческим прорывом года, собрав $26 млн уже за первый уикенд проката. 24 января 2006 года Бекинсейл приняла участие в сериале MTV «Punk’d». Эпизод был снят в отеле Авалон в Лос-Анджелесе. Также в 2006 году Бекинсейл снялась с Адамом Сэндлером в фильме «Клик: с    пультом по жизни», который вышел в прокат в США 23 июня. Также Бекинсейл сыграла вместо Сары    Джессики Паркер в фильме «Вакансия на жертву», выпущенном в 2007 году. Её следующая роль — в    фильме «Снежные ангелы», вышедшем в 2008 году.

Бекинсейл долгое время встречалась с валлийским актёром Майклом Шином, от которого у неё есть дочь Лили Мо Шин, родившаяся 31 января 1999 года и уже успевшая сыграть роль юной Селин в фильме Другой мир: Эволюция.

В июне 2003 года, через несколько месяцев расставания с Шином, Бекинсейл обручилась с режиссёром «Другого мира», Леном Уайзманом. Пара поженилась 9 мая 2004 года в Лос-Анджелесе.