Ta powabna blondynka skupiła na sobie uwagę już w wieku dziewięciu lat, gdy za sprawą ciotki została zaangażowana jako dziecięca modelka w jednej z renomowanych agencji. Sprzed obiektywu prowadzi już prosta droga przed kamerę i tak dwunastoletnia Katharine trafiła do filmu o trudnym dorastaniu „Dramat letniej nocy” (1992), w którym partnerowała coraz bardziej popularnej Juliette Lewis. Wtedy właśnie zdecydowała, że o wiele bardziej od bycia modelką pociąga ją aktorstwo. Kolejny występ to rólka w dramacie obyczajowym autorstwa samego Stevena Soderbergha „Król wzgórza” (1993). Kolejny występ to już główna rola zbuntowanej nastolatki przysparzającej samych zmartwień swojemu ojcu, w którego wcielił się Gérard Depardieu w „Tata i małolata” (1994).
W tym samym czasie aktorka, która ciągle również udzielała się jako modelka, postanowiła kontynuować naukę w New Canaan High School. Było to o tyle trudne, że propozycje kolejnych ról zaczęły się pojawiać coraz częściej same. W tamtym okresie pojawiła się między innymi jako siostrzenica wojującego z jej porywaczami Stevena Seagala w „Liberatorze 2” (1995), w produkcji Disneya dla młodzieży „Spadającej gwieździe” (1996) czy w kostiumowej produkcji opowiadającej o przygodach Rycerzy Okrągłego Stołu „Książę Waleczny” (1997). W tym samym roku Katharine skończyła szkołę średnią, jej rodzice się rozwiedli i aktorka postanowiła wraz z matką, która została jej manager, przeprowadzić się do Los Angeles, by całkowicie skupić się na aktorstwie.
Kolejny film z jej udziałem to dość ambitna produkcja, której akcja rozgrywa w tuż przedwojennym Hollywood „Stand-ins” (1997) opowiadająca o losach sześciu młodych kobiet, z których każda jest dublerką największej gwiazdy ówczesnego kina. Heigl dostała się rola Taffy Entwhistle, która dublowała Ritę Hayworth. W 1998 roku zagrała w uwspółcześnionej, telewizyjnej ekranizacji szekspirowskiej „Burzy”, w której wystąpiła jako Miranda, córka Gideona Prospera, w którego wcielił się Peter Fonda. Dla równowagi, zaraz potem pojawiła się w kontynuacji kultowego horroru o zabójczej lalce – „Narzeczona laleczki Chuchy” (1998).
Prawdziwą popularność przyniósł jej jednak występ w kultowym serialu dla młodzieży bazującym na legendzie lądowania UFO „Roswell: W kręgu tajemnic” jako tajemnicza Isabel Amanda Evans Ramirez, siostra Maxa (Jason Behr). Aktorka, choć nie planowała rozwoju kariery w kierunku telewizji, na planie serialu spędziła trzy lata. Znalazła jednak chwilę przerwy by zagrać w komedii romantycznej dla licealistów „100 dziewczyn i ja” (2000) jako pociągająca Arlene. Zaraz potem trafiła na plan horroru „Walentynki” (2001), na którym spotkała się z Denise Richard. Heigl zagrała studentkę medycyny, która jest nękana złowróżbnymi kartkami walentynkowymi.
W 2002 roku aktorka ponownie dała się skusić telewizji występem w serialu science-fiction „The Twilight Zone”, z którym związała się na dwa sezony jako Katharine, która posiada możliwość przemieszczania się w czasie, co umożliwia jej zapobieganie najbardziej wstrząsającym morderstwom w historii.
W 2003 roku wystąpiła w melodramacie rozgrywającym się na Dzikim Zachodzie „Miłość przychodzi powoli”, jako młoda wdowa, która po śmierci ukochanego męża musi sama sprostać przeciwnościom losu i na nowo odnaleźć miłość. W tym samym roku Katharine można również oglądać w filmie telewizyjnym „Masa krytyczna”, a zaraz po nim, w 2004 roku dramacie „Obietnica miłości”.
W 2005 roku dołączyła do obsady kolejnego bijącego rekordy popularności serialu „Chirurdzy” wcielając się w doktor Isobel "Izzie" Stevens. W tym samym roku pojawiła się również w roli głównej w uroczej komedii romantycznej o zapracowanej businesswoman „Side Effects”, a także w komedii, której akcja rozgrywa się wokół olimpiady specjalnej „Olimpiada”.
Ostatnie produkcje, w których możemy podziwiać powabną Heigl to thriller „Zyzzyx Rd.”, w którym główna bohaterka wraz ze swym kochankiem postanawiają pozbyć się na pustyni ciała ex-chłopaka. Nie wszystko, jak się łatwo można domyśleć, pójdzie zgodnie z planem. Kolejny film to już lżejsza gatunkowo komedia romantyczna o konsekwencjach jednej nocy ze zbyt dużą ilością alkoholu „Wpadka” (2006). Heigl gra w niej świeżo upieczoną prezenterkę telewizyjną, która musi podołać nieplanowanej roli matki. Kolejną komedią z Heigl w roli głównej jest lekka opowieść o zwariowanym personelu pewnej londyńskiej kawiarni, którego życie, fantazje i lęki kręcą się wokół seksu – „Coffeine” (2006).
Na premierę obecnie czeka komedia romantyczna „27 Dresses” (2008), w której aktorka wciela się w młodą kobietę, która już dwadzieścia siedem razy pełniła na weselach rolę druhny. Jednak tym razem obowiązki są szczególnie bolesne - jej siostra wychodzi za mężczyznę, w którym bohaterka beznadziejnie się kocha.
Prywatnie Katherine Heigl wraz ze swym narzeczonym – muzykiem Joshem Kelley (poznali się podczas kręcenia teledysku do jednego z utworów artysty) planują ślub w przeddzień Wigilii Bożego Narodzenia.
