Kate Lindsey naît en 1981 à Richmond en Virginie (États-Unis), dans une famille d'amateurs de musique. Adolescente, elle prend des leçons de piano et rejoint les rangs de plusieurs chorales scolaires et paroissiales. Elle entre à l'Université de l'Indiana en études théâtrales où elle participe à des comédies musicales. Au cours d’un stage d'été, elle chante Cherubino dans Les Noces de Figaro de Mozart. Cette expérience est une révélation : après avoir obtenu son diplôme, elle intègre le programme pour jeunes artistes du Met.

Le Met invite dès lors la mezzo-soprano à se produire sur sa scène : en 2007, elle y retrouve le rôle de Cherubino, qu’elle chante également à Lille pour ses débuts en France en 2008. Toujours chez Mozart, elle chante Zerlina dans Don Giovanni à Santa Fe. En 2009, elle prend les rôles de Nicklausse et de la Muse dans Les Contes d'Hoffmann d'Offenbach au Met. Cette production est diffusée en direct dans des salles de cinéma dans le monde entier et lui apporte une renommée internationale. L'année suivante, elle participe à la création d'Amelia de Daron Hagen à Seattle. Elle revient à Mozart sur les planches françaises en 2011 avec Idoménée, Roi de Crête dans le rôle d'Idamante au Théâtre des Champs-Élysées. A Seattle, elle chante Rosina dans Le Barbier de Séville de Rossini. En 2012 et 2014, elle est à l'affiche de La Clémence de Titus de Mozart, mais y interprète deux rôles différents : elle est d'abord Annio au Met, puis Sesto au TCE. Entre temps, elle prend en 2013 pour ses débuts à Glyndebourne le rôle du Compositeur d'Ariane à Naxos, qui devient l'un de ses rôles majeurs. Elle se travestit de nouveau pour interpréter Romeo dans Les Capulet et les Montaigu de Bellini au Washington Concert Opera. 

En 2014, elle fait ses débuts à l'Opéra Vienne en Compositeur dans Ariane à Naxos, et partage l'affiche du film Casanova Variations de Michael Sturminger avec John Malkovich. En 2016, elle est la Dorabella de Cosi fan tutte à Aix-en-Provence et Édimbourg. En 2018, elle est Ariodante dans l'opéra éponyme de Haendel à la Philharmonie de Paris, à Madrid et au Liceu, puis Octavian dans Le Chevalier à la rose à Glyndebourne. Elle chante aussi Neron dans Le Couronnement de Poppée (Monteverdi) à Salzbourg et Sapho de Massenet à Washington. Fidèle à Glyndebourne, elle y prend le rôle du Prince dans Cendrillon en 2019, puis crée à l'Opéra de Vienne le rôle-titre d'Orlando d'Olga Neuwirth. En 2020, elle s'attaque à un autre Néron : celui d'Agrippine au Met. La crise du Covid-19 la prive toutefois de sa prise de rôle de Mélisande.

En 2020/2021, Kate Lindsey chantera Donna Elvira dans Don Giovanni au Mozarteum de Salzbourg en janvier 2021 puis retrouvera Sesto dans La Clémence de Titus au Met en mars. L'Opéra de Vienne l'invitera ensuite en Rosina dans Le Barbier de Séville en avril puis en Néron dans Le Couronnement de Poppée en mai.