Она дебютировала в кино в возрасте 17 лет в фильме Питера Джексона «Небесные создания» и почти сразу ее заметили. Ее первая номинация на «Оскар» была за фильм Энга Ли «Разум и чувства», но именно ее интерпретация роли Роуз в «Титанике» сделала ее широко известной и привела ко второй номинации на премию американской киноакадемии. Затем она была номинирована на «Оскар» за роли в фильмах «Айрис», «Вечное сияние чистого разума» и «Маленькие дети», и наконец, получила премию за роль бывшей нацистки в фильме «Чтец» в 2009 году. Среди других ее достижений в то время были запоминающиеся и отмеченные наградами роли в таких фильмах как «Дорога перемен» режиссера Сэма Мендеса, где она вновь снялась вместе с Леонардо Ди Каприо, «Волшебная страна» и «Любовь и сигареты».

В 2010 году Кейт сыграла главную роль в драматическом пятисерийном мини-сериале HBO «Милдред Пирс», который стал адаптацией одноименного фильма 1945 года с Джоан Кроуфорд. Эта роль принесла ей три награды за главную роль в мини-сериалах или телевизионных фильмах: «Эмми» в 2011-ом, премию гильдии киноактеров и «Золотой глобус» в 2012 году. В довершение этого длинного списка достижений Кейт Уинслет также получила премию «Сезар» за выдающиеся заслуги в кинематографе в 2012 году. Кроме того, в 2016 году она получила «Золотой глобус» и премию BAFTA Британской академии кино и телевизионных искусств за лучшую женскую роль второго плана в фильме Дэнни Бойла «Стив Джобс». Эта роль также принесла ей седьмую номинацию на премию «Оскар».