Katie McGrath przyszła na świat w październiku 1983 roku w Dublinie, w Irlandii. Ukończyła historię w Trinity College w Dublinie. Przed rozpoczęciem kariery aktorskiej McGrath pracowała w studio piercingu i w barze koktajlowym. Próbowała także swoich sił jako dziennikarka pracując dla magazynu "Image".

Swoją pierwszą rolę (jako Rachel) w filmie telewizyjnym "Damage" otrzymała już po trzech miesiącach od podpisania umowy z agentem. Później została asystentką (przy kostiumach) na planie serialu "Dynastia Tudorów". W serialu zagrała także małą rolę (w 5 odcinku 2 sezonu).
Wystąpiła w irlandzkim dramacie "Eden" w roli Trishi czy w horrorze "Freakdog".

Przełomowym momentem w jej życiu zawodowym okazała się rola Morgany w serialu fantasy "Przygody Merlina", którą przyjęła w 2008 roku. Na potrzeby serialu ukrywała swój irlandzki akcent, farbowała włosy na ciemniejszy kolor.
Katie zagrała także młodą Księżniczkę Małgorzatę (młodszą siostrę królowej) w dokumentalnym dramacie stacji Channel 4 "The Queen" opowiadającym o życiu Królowej Elżbiety II.