Filha de pais separados, Kyra Sedgwick cresceu junto a sua mãe, Patricia Rosenwald, e seu padrasto, Ben Heller.

Entrou para a Univesidade Sarah Lawrence, mas logo pediu transferência para a Universidade Meridional da California, aonde veio a graduar-se em Teatro.

Aos dezesseis anos de idade, Kyra realizou seu primeiro trabalho artístico na novela Another World. Três anos mais tarde, em 1985, estreou no cinema, no filme Amor e Guerra.

Em seguida, Kyra voltou a trabalhar em produções de TV, até que, em 1989, teve seu primeiro contato com as estrelas de Hollywood, ao ser escalada para o filme Nascido em 4 de Julho, de Oliver Stone.

Durante os anos 1990, Sedgwick seguiu trabalhando em filmes de grandes astros, tais como Paul Newman, Robert Downey Jr., Julia Roberts e John Travolta.

Além disso, foi também durante essa década, que Kyra recebeu suas primeiras indicações ao Globo de Ouro, por suas atuações em Irmãs em Conflito (filme para TV) e O Poder do Amor.

Casada com Kevin Bacon, desde 1988, Kyra tem dois filhos, chamados Travis e Sosie Ruth.

Ao lado do marido, Kyra atuou em Lemon Sky (aonde se conheceram), Piratas do Amor, Assassinato em Primeiro Grau, Cavedweller, O Lenhador e Obsessão.

Em 2005, Sedgwick passou a estrelar a série de TV The Closer, no qual interpreta a detetive Brenda Leigh Johnson, chefe da Divisão de Homicídios Prioritários, da polícia de Los Angeles

Exibido pelo canal TNT, a série se tornou sucesso de audiência nos EUA, rendendo a Kyra diversas indicações, em premiações como Emmy e Globo de Ouro, entre outras.