Кэтрин Хепбёрн родилась 12 мая 1907 года в семье врача Томаса Норвала Хепбёрна и видной феминистки Кэтрин Марты Хотон Хепбёрн.
С 12 лет Кэтрин Хепбёрн принимала участие в любительских спектаклях. В 1928 году дебютировала в театре в Балтиморе, а год спустя очутилась на бродвейских подмостках. Тогда же она вступила в брак с филадельфийским брокером Огденом Смитом, который продолжался недолго — в 1934 году они развелись. Кэтрин нередко увольняли из театров, но затем приглашали вновь, слишком большой успех спектаклей связывался с её именем и у зрителей, и у критики.
В кино Хепбёрн дебютировала в 1932 в фильме «Билль о разводе». Она подписала контракт с «RKO», мастерство актрисы привносило юмор и изящество во всевозможные экранизации второсортных романов и пьес, в которых её занимали, и они даже премировались («Ранняя слава» (1933) — "Оскар"; "Маленькие женщины" (1933) — приз Венецианского кинофестиваля). После провала комедии "Воспитание крошки" (1938), где она снялась с Кэри Грантом и была ядовито названа «отравительницей успеха», Хепбёрн решила порвать с кинематографом и два года отказывалась от всех предложений. Она пыталась получить роль Скарлетт О’Хара в экранизации "Унесённых ветром", но была отвергнута.
Актриса вернулась на сцену, приняла участие в постановке комедии Ф. Барри "Филадельфийская история", вместо гонорара потребовала права на экранизацию спектакля и в 1940 году с триумфом вернулась в кино в главной роли в одноименном фильме, получив за исполнение роли капризной и своевольной богатой аристократки премию нью-йоркских критиков и выдвижение на "Оскар"». В следующей своей работе, "Женщине года" (1942), она встретилась с человеком, с которым её связали в дальнейшем девять картин и двадцатисемилетний роман — Спенсером Трейси. Их взаимоотношениям посвящена книга Гарсона Кэнина «Трейси и Хепбёрн: интимные мемуары» (1972), ставшая бестселлером.
С именем Трейси связан пятилетний перерыв в творческой деятельности Хепбёрн: с 1962 по 1967 год она ухаживала за тяжело больным возлюбленным, сменяя у его постели законную супругу, на которой актёр был женат с 1928 года, но жил отдельно. В 1967 году они снялись в последний раз вместе в ленте Стэнли Крамера "Угадай, кто придет к обеду?", а после его смерти Хепбёрн вернулась на Бродвей и в кино.
Кэтрин Хепбёрн скончалась в возрасте 96 лет 29 июня 2003 года в своём доме в небольшом прибрежном городе Олд-Сейбрук в штате Коннектикут.
Смерть Хепбёрн вызвала широкий общественный резонанс. В течение нескольких месяцев после её кончины в прессе и на телевидении освещались её жизнь и карьера, ей посвящались многие телепередачи, а заголовки ряда газет и журналов выходили со статьями об актрисе на первой полосе. Президент США Джордж Буш выступил с заявлением, в котором было сказано, что «Хепбёрн войдёт в историю как одно из художественных сокровищ нации».В честь её большого вклада в театральную жизнь страны, вечером 1 июля 2003 года были погашены огни Бродвея.
