Актёрское образование получила в Американской академии драматического искусства, после окончания которой в 1968 году дебютировала на Бродвее. Год спустя актриса получила отличные отзывы и номинацию на «Оскар» за выполнение роли Роды в драме «Последний ужин». Другими примечательными её работами на большенном экране стали роли в фильмах «Я, Натали» (1969) и «Алая заря» (1971).
В 1970-е и 1980-е годы Кэтрин Бёрнс снималась достаточно не достаточно и только на телевидении. Она появилась в телесериалах «Полицейская история», «Женщина-полицейский» и «Бионическая женщина», а в 1984 году окончила свою актёрскую карьеру.
Бёрнс также является создателем детской книжки «Зимние птицы», которая была размещена в 1971 году.