Urodziła się w Ivanhoe na przedmieściachMelbourne. Jest córką June – australijskiej nauczycielki, i Roberta – amerykańskiego oficeraU.S. Navy, który zmarł na zawał serca, kiedy Cate miała 10 lat. Ma starszego brata Boba i młodszą siostrę Genevieve[1]. Studiowała ekonomię i sztukę naUniwersytecie w Melbourne. W wieku 18 lat wyjechała do Egiptu, gdzie po raz pierwszy pojawiła się jako statystka w filmieKaboria. Po powrocie do Australii przeniosła się do Sydney, gdzie ukończyła studia w Narodowym Instytucie Teatralnym[2].
Przewodniczyła jury konkursu głównego na71. MFF w Cannes (2018) oraz na77. MFF w Wenecji (2020) oraz komisji jurorskiej w konkursie głównym festiwalu 32. Energa Camerimage w Toruniu (2024).
Jej mężem jest scenarzystaAndrew Upton[4]. Mają trzech synów: Dashiela (ur. 2001), Romana (ur. 2004) oraz Ignatusa Martina (ur. 2008). W 2015 adoptowali dziewczynkę (Edith Vivian Patricia)[5].