Katherine Elizabeth Upton nació en 1992 en una familia de políticos en St. Joseph, Michigan. Tiene tres hermanos y su tío, Fred Upton, es un conocido político electoral de Michigan. A muy temprana edad la niña fue mostrando su gran interés por montar a caballo y pronto empezó a participar en la American Paint Horse Association compitiendo a nivel nacional, donde rconsiguió cinco títulos mundiales.
Kate Upton fue descubierta a los 12, pero tras la decisión de sus padres solo pudo empezar a involucrarse en el mundo de la moda cuando cumplió los 15 años. Se fue a Miami y asistió a un casting abierto para Elite Model Management. El mismo día firmó el contrato. Pronto Upton se trasladó a Nueva York y firmó con IMG Models. El primer trabajo de Kate Upton fue Garage. En 2010 se convirtió en la cara de Guess. No pudo rechazar la oferta ya que se convertía en la sustituta de Adriana Lima, Victoria Silvstedt, y Megan Ewing.
Kate hizo una serie de campañas para Guess, incluyendo ropa, lencería y accesorios. Su cara se hizo muy conocida en más de medio mundo. En 2011, Kate apareció en la revista Sports Illustrated Swimsuit Issue, junto con Brooklyn Decker, Shayk Irina y otras modelos. La joven modelo fue nombrada «Rookie of the Year». Poco después siguió con diferentes campañas de lencería y ropa de baño.
También fue nombrada Ángel de Victoria Secret. Su trabajo para Victoria terminó pronto y rápidamente se empezó a especular sobre el tema de que la empresa contratada solo modelos delgadas. En junio de 2011, Kate Upton fue nombrada por la revista Esquire ‘La mujer del verano «.