Katie Cassidy voit le jour le 25 novembre 1986 à Los Angeles où elle baigne dès son plus jeune âge dans le monde du mannequinat, grâce à sa mère ancien mannequin, et du cinéma, puisque son père est l’acteur David Cassidy.
À l’adolescence, la jeune femme pratique la gymnastique (elle sera même pom-pom girl) avant de se consacrer pleinement à son autre passion : le mannequinat. Dès 2004, Katie participe à de nombreuses pubs et pose entre autres pour la marque Abercrombie & Fitch. Si sa mère la soutient dans cette carrière, elle refuse néanmoins que sa fille se lance dans le métier d’actrice avant d’avoir fini le lycée. C’est ce qu’elle fera dès 2003 lorsqu’elle décroche son premier rôle à la télévision dans Division d'élite. Quelques mois plus tard, elle se révèle en interprétant un rôle récurrent dans Sept à la maison.
Dès lors, les portes du cinéma s’ouvrent à elle avec deux films Terreur sur la ligne et Click : Télécommandez votre vie, qui ne remportent pas un franc succès. L’année suivante, elle se fait remarquer en rejoignant le casting de Live ! au côté d’Eva Mendes puis en jouant dans le film d’action Taken (2008). C’est surtout à la télévision que la jeune femme trouve son bonheur. Après un tour du côté de Melrose Place et de Gossip Girl, elle décroche le rôle de Laurel Lance dans la série Arrow. Depuis 2012, la série connait un très beau succès d’audience donnant vie à plusieurs spins-off dont The Flash et DC : Legends of Tomorrow dans lesquels Katie fait quelques apparitions.
Côté cœur, elle a été en couple avec Jesse McCartney. En juin 2017, elle se fiance avec Matthew Rodgers. Le 8 décembre 2018, le couple se marie en Floride.