É filha de Hal Bosworth, um executivo, e de Patricia Potter, dona-de-casa. Ela nasceu possuindo heterocromia - uma condição ocular que faz com que uma íris possua uma cor diferente da outra, ou, no caso de Kate, que parte de uma íris seja de cor destoante do restante.

Graças ao emprego de seu pai, um executivo da empresa têxtil Talbolts, a família Bosworth mudava-se constantemente. Entretanto, após passar um longo período cruzando a Costa Leste dos Estados Unidos, Bosworth viria a passar boa parte de sua juventude nas cidades de Darien, Connecticut e Cohasset, Massachusetts. Graças às constantes mudanças, Kate era sempre vista como "a novata", e a própria se descreve como sendo "tímida" e pouco popular durante o período em que esteve no colégio.

Essa dor que sinto em meu coração é como quando eu andava pelo refeitório, com minha bandeja, e não via lugar nenhum pra sentar.
Durante o período em que estudou no colégio Cohasset - do qual viria se formar em 2001 - Bosworth aprendeu a falar espanhol, foi membro da National Honor Society e foi uma das jogadores do time de futebol e de lacrosse. Entretanto, seu maior interesse era prosseguir numa carreira profissional como amazona, tanto que, aos quatorze anos, ela já havia ganho diversos campeonatos.