Кэти родилась и выросла в ирландском городе Голуэй в семье аптекаря и домохозяйки. У нее есть младшая сестра Орина. Несмотря на то, что семья не была артистической, к искусству родители относились с любовью и привили это чувство дочерям. По выходным отец любил слушать виниловые пластинки Элвиса Пресли и Фрэнка Синатры. Всей семьей они регулярно ходили в театр.

Кэти Бэлтон является выпускницей Тринити-колледжа в Дублине. Cвое восхождение на Олимп она начала в 90-е годы. В 1993 году снялась в фильме «Шустрая», а в 1995 году — в киноленте режиссера Пэта О’Коннора «Круг друзей». В 1998 году в карьере Кэти Бэлтон случился кризис, она решила сменить род деятельности и занялась канцелярской работой. Периодически с нею связывался агент, приглашал на прослушивания, но Кэти отказывалась. Она работала в офисе до тех пор, пока менеджер Town Hall Theatre в Голуэй Майк Дискин (Mike Diskin) не предложил ей участие в пьесе «Затмение» (Eclipsed). Кэти дала согласие. Кризис миновал, карьера актрисы пошла в гору, и она всегда благодарила Майка за ту судьбоносную встречу.

В 2003 году Кэти приняла участи в съемках фильма «Разрыв», «Хорек по имени Микки», а в 2004-2005 сыграла роль Кей Коркоран в сериале «Доказательство». Позднее были также съемки в сериалах «В одиночку» (2007-2010), «Рэд-Рок» (2015), «Женщина в белом» (2018).

В 2013 году Кэти сыграла сестру Клэр в оскароносном фильме «Филомена». В 2019 году Кэти Бэлтон начала сниматься в киноленте российского производства «Серебряные коньки», премьера которого назначена на 2020 год.

Актриса впервые вышла замуж летом 2018 года во Франции. Её избранником стал адвокат Брайан Роу (Brian Roe), с которым их познакомили друзья на вечеринке. До свадьбы пара встречалась в течение четырех лет.

Серебряные коньки (2020)

Женщина в белом (мини-сериал, 2018)

Delicious (сериал, 2016 – ...)

Меня зовут Эмили (2015)

Рэд-Рок (сериал, 2015 – ...)

Версальский роман (2014)

Филомена (2013)

Scúp (сериал, 2013 – ...)

Immaturity for Charity (ТВ, 2012)

По ту сторону сна (2011)

Рой (сериал, 2009 – 2015)

Дикарь (2009)

В одиночку (сериал, 2007 – 2010)

Хвост тигра (2006)

Доказательство (сериал, 2004 – 2005)

Хорек по имени Микки (2003)

Клиника (сериал, 2003 – ...)

Разрыв (2003)

Paths to Freedom (сериал, 2000)

Врачи (сериал, 2000 – ...)

Before I Sleep (1997)

Круг друзей (1995)

Шустрая (ТВ, 1993)

Второй экран (сериал, 1985 – 2002)