Moss, celým menom Katherine Ann Moss, sa narodila na predmestí Londýna. V škole sa jej príliš nedarilo, vraj vynikala v športe a pôvodne chcela byť speváčkou. Keď mala Kate 14 rokov, na letisku v New Yorku ju objavila zakladateľka modelingovej agentúry Storm Sarah Doukas a o jej kariére bolo rozhodnuté.
Prelom prišiel o dva roky neskôr, keď s ňou fotografka Corinne Day nafotila sériu záberov nazvanú The 3rd Summer of love a spustila tak nový boom. Módna verejnosť sa totiž zamilovala do „anti-modelky“ – vyziabnutého dievčaťa s jemne neduživým výrazom v tvári, ktoré bolo protipólom dovtedy uctievaných dokonalých krások ako Cindy Crawford či Claudia Schiffer.
„Začala som veľmi mladá, mala som tuším štrnásť. Ale neviem, čo by som mnou bolo, ak by som neskúsila modeling. Asi by som robila niekde za barom v rodnom Craydone,“ komentovala Moss v rozhovore pre magazín Playboy, na titulnej strane ktorého sa rozhodla pózovať na oslavu štyroch krížikov na krku.
Moss má za sebou nespočetné módne prehliadky a reklamné kampane pre slávne svetové značky typu Gucci, Dolce & Gabbana, Louis Vuitton, Versace, Burberry, Chanel či Dior. Jej tvár sa viac ako tristokrát objavila na obálkach módnych časopisov.
V septembri 2005 britská bulvárna tlač zverejnila fotografiu, na ktorej podľa všetkého šňupala kokaín. Moss potom odišla z Británie a v Spojených štátoch sa podrobila odvykacej kúre.
Kvôli tejto afére prišla o niektoré reklamné kontrakty. Potom ale jej kariéra opäť nabrala na obrátkach a o rok neskôr už bola s ročnými príjmami vo výške približne 20 miliónov libier najlepšie zarábajúcou modelkou sveta.
Vedľa jej práce a škandálov ju preslávili aj predchádzajúce vzťahy so známym americkým hercom Johnny Deppom alebo rockovým muzikantom Petom Doherty, povestným svojimi drogovými eskapádami. Teraz žije s ďalším rockovým muzikantom Jamiem Hince, za ktorého sa v júli 2011 vydala. Z predchádzajúceho vzťahu s novinárom Jeffersonom Hackom má dcéru Lilu Grace.