Kate McKinnon nació el 6 de enero de 1984 en Sea Cliff, Nueva York, EE. UU. Desde pequeña mostró un gran interés por la música, por lo que tocaba el piano, el violonchelo y la guitarra. Se graduó en el North Shore High School en 2002​ y asistió a la Universidad de Columbia.

En 2007, se unió al reparto original de la serie Big Gay Sketch Show, donde participó las tres temporadas que duró.​ McKinnon es reconocida por trabajar a fondo tanto a sus personajes como sus imitaciones de celebridades. Ha prestado su voz en las series The Venture Brothers, Robotomy, y Ugly Americans. En 2009 obtiene  el premio NewNowNext Award en la categoría “Best Rising Comic”. Debuta como actriz invitada de Saturday Night Live el 7 de abril de 2012 en donde, más adelante, se declara abiertamente lesbiana.

Es conocida también por  su trabajo en Cazafantasmas (2016), Fiesta de navidad en la oficina (2016) y Rough Night (2017).