Am 5. Oktober 1975 im englischen Reading geboren, wurde ihr der Hang zum Schauspielberuf bereits in die Wiege gelegt. Ihre Großeltern leiteten das Theater in Reading, ihre Eltern waren selbst als Schauspieler tätig.
Mit elf Jahren begann Winslet, die mit vollem Namen Kate Elizabeth Winslet heißt, an der Redroofs Theatre School Schauspielunterricht zu nehmen. Nebenbei trat sie in einigen Theaterstücken auf, so spielte sie unter anderem die Rolle der Wendy in Peter Pan. Ihren ersten Auftritt im Fernsehen hatte sie 1990 in dem sieben Epidsoden langen Drama Shrinks. Es folgten unter anderem Rollen in der Serie Dark Season (1991) und der Sitcom Get Back (1992).
Ihr Leinwanddebüt feierte Winslet 1994 in dem Film Heavenly Creatures von Peter Jackson. Ein Jahr später folgte ihr Durchbruch als Marianne Dashwood in Jane Austens Klassiker Sinn und Sinnlichkeit unter der Regie von Ang Lee. Hierfür erhielt sie ihre erste Oscar-Nominierung.
Ihren endgültigen Platz in der Riege der Hollywood-Stars sicherte sie sich mit ihrer Rolle der Rose in dem weltweit erfolgreichen Film Titanic, der 1997 unter der Regie von James Cameron in den Kinos anlief. Für ihre Darstellung des Mädchens aus reichem Hause, das sich auf der Schiffsfahrt in den armen Jungen Jack, gespielt von Leonardo DiCaprio, verliebt, erhielt sie 1998 wieder eine Oscar-Nominierung.
Nach diesen großen Erfolgen entschied sich Winslet für Rollen in kleineren Independent-Produktionen. So spielte sie 2001 in Enigma - Das Geheimnis unter der Regie von Michael Apted mit. Zudem gelang ihr ein Chart-Erfolg mit dem Lied What If.
In den Jahren danach folgten weitere Erfolge in bekannten Produktionen wie Das Leben des David Gale, an der Seite von Kevin Spacey, Wenn Träume fliegen lernen und Vergiss mein nicht!. Für ihre einzelnen Darstellungen erhielt Winslet teilweise großes Lob von den Kritikern. 2005 konnte sie insgesamt vier Oscar-Nominierung im Laufe ihrer bisherigen Karriere vorweisen.
Das Jahr danach bescherte Winslet einen Flop, aber auch einen erneuten Erfolg. Der Film Spiel der Macht, Kosten 55 Millionen Euro und mit Sean Penn und Jude Law prominent besetzt, wurde vom Publikum nur mäßig aufgenommen. Mit der Komödie Liebe braucht keine Ferien schaffte es Winslet allerdings, an ihre früheren Höhepunkte anzuknüpfen. Der Film wurde zur erfolgreichsten Produktion für Winslet seit Titanic. 2007 erfolgte ihre fünfte Oscar-Nominierung für ihre Rolle in dem Drama Little Children (2006).
Im gleichen Jahr gab es zudem ein Revival für das oftmals als Filmtraumpaar deklarierte Duo Winslet/DiCaprio. Gemeinsam standen sie für den Film Zeiten der Aufruhr, der auf einem Roman von Richard Yates beruht, vor der Kamera.
Zahlreiches Lob von der Kritikerseite erhielt sie vor allem für ihre Rolle als Hanna Schmitz in der
Verfilmung von Bernhard Schlinks Roman Der Vorleser (2009). Nachdem sie 2009 bereits mit zwei Golden Globes für ihre Darstellung in den Filmen Zeiten des Aufruhrs und Der Vorleser ausgezeichnet wurde, erhielt sie im selben Jahr nun endlich den Oscar als beste Hauptdarstellerin für ihre Rolle in der Schlink-Verfilmung.