Дочь эмигрантов из Ирландии. В 17 лет получила роль в фильме Мартина Скорсезе «Бешеный бык» (1980). Для Скорсезе было важен тот факт, что Мориарти не имела актерского образования. Кэти была естественной и, казалось, не прилагала никаких видимых усилий, чтобы играть наравне с Робертом Де Ниро. За роль в «Бешеном быке» она получила «оскарную» номинацию за «Лучшую женскую роль второго плана». Следующий фильм «Соседи» (1981) имел все шансы погубить так успешно начавшуюся карьеру Кэти. В 1982 году актриса попала в тяжелую автокатастрофу и не снималась более 6 лет. Начало 90-х принесло Мориарти большой успех благодаря работам в фильмах «Детсадовский полицейский» (1990), «Мыльница» (1991), «Утренник» (1993). Последняя ее работа — съемки в комедии «Анализируй то» (2002).