Katharine Juliet Ross 29 Ocak 1940'ta Hollywood, Kaliforniya'da Katherine (kızlık soyadı Mullen) ve Dudley Tying Ross'un çocuğu olarak dünyaya geldi. Associated Press'te muhabir olarak da çalışmış olan babası, o doğduğunda ABD Donanması'nda komutandı. Donanma kariyeri aileyi Virginia'ya, ardından Palo Alto'ya ve son olarak da Ross'un büyüdüğü San Francisco'nun dışındaki Walnut Creek'e taşıdı.1957'de Walnut Creek'teki Las Lomas Lisesi'nden mezun olan Ross, Santa Rosa Junior College'a ve Bay Area'daki Diablo Valley College'a devam etti ve burada bir öğrenci filminde ilk ekran çalışmasında yer aldı. San Francisco'ya, Stockton Caddesi'nde bir bakkalın üstündeki bir daireye taşındıktan sonra, oyunculuk kariyerine Actor's Workshop yapımlarında yedek oyuncu olarak başladı ve kısa süre içinde rol seçmelerine katıldı. Ayrıca 1960 yılında, beş kocadan ilki olan üniversite aşkı Joel Fabiani ile evlendi. 1960'tan sonra Ross'a düzenli olarak iş geldi, ilk başta çoğunlukla televizyon westernlerinde oynadı ve gerçekten de Westernler onun en iyi bilinen işlerinin çoğunu oluşturacaktı, doğal güzelliği bu türde güçlü bir varlıktı. Televizyondaki ilk çıkışını Sam Benedict'in (1962) bir bölümünde yaptı ve ilk film rolü James Stewart'ın oynadığı İç Savaş dönemi Şerefli kahramanlar (1965) oldu. Ross'un başrol oyuncusu olarak kariyeri 1967'de Haris Kocanın Tuzağı (1967) ve Aşk Mevsimi (1967) filmlerinde James Caan ve Simone Signoret ile birlikte oynadığı güçlü rollerle ciddi bir şekilde başladı. Elaine rolündeki performansıyla Yardımcı Kadın Oyuncu dalında Oscar'a aday gösterilen Ross, John Wayne'in hayal kırıklığı yaratan, kalıplaşmış filmi Hellfighters'ı (1968) izledi ama kısa süre sonra Robert Redford'la oynadığı iki filmle formuna geri döndü. Sonsuz Ölüm'deki (1969) Etta Place rolüyle Ross, Paul Newman'ın Butch Cassidy'yi gezintiye çıkardığı o yeni moda alet olan bisikletin tamponuna yalınayak tüneyerek bu hit filmin en unutulmaz sahnesinin bir parçasıydı. Zorlayıcı Ya sen, ya ben (1969) gişede daha az başarılı olsa da eleştirmenler tarafından daha çok beğenildi ve Ross, Robert Blake'in canlandırdığı erkek arkadaşıyla kaçan Paiute Kızılderilisi Lola rolüyle BAFTA Ödülü kazandı.Bir şöhret kasırgasına kapılan ve Woodstock kuşağının güzellik sembolü olarak idealize edilen Ross o kadar çok şeyi o kadar çabuk başarmıştı ki, 1967 ile 1969 yılları arasındaki o hareketlilik içinde tüm kariyeri neredeyse bir anda olmuş gibi görünüyordu. Tabii ki bunu, çoğunlukla unutulacak rollerde yer aldığı uzun ve kurak bir dönem izledi; bir sonraki güçlü filmi altı yıl sonra gelecekti. İlginç bir kara komedi-kum-korku filmi olan The Stepford Wives'ta (1975) Ross, diğer eşlerin hepsinin biraz fazla mükemmel, fazla itaatkâr göründüğü bir banliyöye yeni taşınan bağımsız, özgür ruhlu bir eşi canlandırır; Bu film Ross'un o güne kadarki en güçlü performansıydı, ancak Stepford Kadınları Ross için geçici bir canlanmadan başka bir şey olmayacaktı ve sonraki on buçuk yıldaki çalışmaları arasında The Betsy (1978) gibi yıldızlarla dolu fiyaskolar ve The Colbys (1985) adlı pembe dizideki bir rol de dahil olmak üzere televizyona dönüş yer alacaktı. Ancak bu arada Ross aşkı da buldu. Dört başarısız evliliğin ardından (ikinci, üçüncü ve dördüncüsü sırasıyla John Marion, Conrad L. Hall ve Gaetano Lisi ile oldu), Miras (1978) filminde çalışırken şimdiki eşi Sam Elliott ile tanıştı. Mayıs 1984'te evlendiler; o Eylül ayında, 45. doğum gününden sadece dört ay kısa bir süre sonra Ross, Cleo Rose adında bir kız çocuğu dünyaya getirdi.1991'de Ross ve Elliott, Louis L'Amour romanı Conagher'ı (1991), her iki oyuncunun da olağanüstü yeteneklerini sergileyen, son derece etkileyici bir Western öyküsü olarak televizyona uyarladılar. Ross zaman zaman rol almaya devam ediyor ve her zamanki gibi güçlü bir iş çıkarıyor - gençliğinde ünlü güzelliği nedeniyle bazen göz ardı edilen bir şey. Örneğin Ross, Karanlık Yolculuk'ta (2001) Donnie'nin psikiyatristi olarak sağlam bir performans sergiledi.Ross ve Elliott Malibu'daki çiftliklerinde yaşıyorlar.