Kathy Uyên sinh ra tại Mỹ vào năm 1981 trong một gia đình cả bố mẹ đều là Việt Kiều. Cô là con gái lớn trong gia đình có hai chị em. Từ nhỏ Kathy Uyên đã yêu thích nghề diễn viên. Bố mẹ của cô dù không phản đối nhưng lại lo lắng khi con gái theo nghệ thuật.
Để làm yên lòng ba mẹ, Kathy Uyên đăng ký học cùng lúc hai ngành kinh tế và phim ảnh tại Đại học UC Irvine (California, Mỹ).
Sau nhiều năm hoạt động giải trí, Kathy Uyên đã tìm được chỗ đứng trong cộng đồng người Việt tại Mỹ. Với ngoại hình đẹp, khuôn mặt thanh tú không có dấu vết của "dao kéo", cô xuất hiện trong nhiều phim ngắn, các đoạn phim quảng cáo được phát trên cả nước (như State Farm, Toyota Highlander, NBC, Thế vận hội Mùa đông 2006), trong một số chương trình truyền hình của đài CBS, trong phim "How I Met Your Mother", loạt phim Heroes.
Trên màn ảnh rộng, Kathy Uyên còn tham gia trong các phim như "Asian Stories", "Skid Marks" (phim hài dành cho thiếu niên chiếu ở Mỹ), "Finishing the Game: The Search for a New Bruce Lee" của Justin Lin. Ngoài ra, cô còn là một MC duyên dáng của Vietnamese American Xposure (VAX), chương trình truyền hình địa phương đầu tiên về lối sống Mỹ - Việt, nội dung chuyên phỏng vấn những người Việt thành đạt ở Mỹ.
Nhờ một chương trình truyền hình, Kathy Uyên đã có dịp làm quen với đạo diễn Victor Vũ và được mời vào vai nhữ chính trong bộ phim "Oan hồn". Sau đó, cô ra sức học tiếng Việt mà được mời tham gia nhiều bộ phim như "Chuyện tình xa xứ", "Để mai tính", "Âm mưu giày gót nhọn", "Oan hồn", "Em chưa 18"...
Nữ diễn viên Kathy Uyên giành được nhiều thành đông khi về Việt Nam đóng phim.
Bên cạnh sự nghiệp diễn xuất đạt nhiều thành công, Kathy Uyên cũng gây chú ý khi có chuyện tình đẹp với nhà làm phim nổi tiếng Timothy Linh Bùi. Timothy Linh Bùi từng làm việc với nhiều diễn viên hạng của Hollywood như Eddie Redmayne, Jessica Biel, Forest Whitaker, Ray Liotta, cố diễn viên Patrick Swayze…
Anh cũng là người dàn xếp để đưa các phim như "Saigon Yo!", "Cú và chim se sẻ", "Để Mai tính, "Âm mưu giày gót nhọn" đến trình chiếu tại Mỹ.
Kathy Uyên và Timothy Linh Bùi có hẹn hò với nhau 10 năm. Tuy nhiên, cách đây khoảng 6 năm, cặp đôi đã đường ai nấy đi.
Kathy Uyên từng có thời gian hẹn hò 10 năm với nhà sản xuất phim Timothy Linh Bùi.
Sau khi chia tay, Kathy Uyên và Timothy Linh Bùi vẫn xem nhau là bạn bè và hợp tác trong các dự án phim, quay MV ca nhạc. Ngoài diễn xuất, Kathy Uyên thử sức với nhiều vai trò mới như MC, đạo diễn, nhà sản xuất, người mẫu...
Kathy Uyên và Timothy Linh Bùi vẫn hợp tác cùng nhau sau khi chia tay.
Trong vài năm trở lại đây, nữ diễn viên sống ở cả Việt Nam lẫn Mỹ. Cô luôn cống hiến hết mình cho công việc và dành thời gian bên bạn bè khi ở Việt Nam. Ngoài ra, Kathy Uyên cũng dành nhiều thời gian ở bên mẹ, cùng mẹ vượt qua nỗi đau khi chống chọi với bệnh tật. Tuy nhiên, sau một thời gian dài bị bệnh, mẹ của Kathy Uyên đã qua đời vào ngày 25/3. Nữ diễn viên cũng đưa tro cốt của mẹ về Tiền Giang an táng.
Kathy Uyên vẫn chăm chỉ lao động nghệ thuật ở Việt Nam. Cô vừa là người mẫu, MC, diễn viên.
Vài năm trở lại đây, cô dành thời gian ở bên để chăm sóc mẹ nhiều hơn.
Mẹ Kathy Uyên qua đời vào 25/3/2019. Đến tháng 4, cô cùng gia đình đưa tro cốt của mẹ từ Mỹ về Việt Nam an táng.