Hudson sinh tại Los Angeles, California, là con gái của nữ diễn viên giành giải Oscar Goldie Hawn và ca sĩ kiêm diễn viên Bill Hudson.[1] Cả hai ly hôn khi cô mới 18 tháng tuổi; cô và anh trai Oliver Hudson lớn lên tại Snowmass, Colorado và Pacific Palisades, California cùng mẹ và người tình của bà, diễn viên Kurt Russell.[2]

Hudson khẳng định cha ruột mình "chẳng biết gì về tôi" và nhìn nhận Russell như là cha đẻ.[8] Bill cho biết đã nhiều lần cố gắng đoàn tụ với Kate và Oliver, nhưng không ai trong số họ đáp lại.[9] Hudson mô tả mẹ mình là "người phụ nữ mà tôi học tập và noi gương".[10] Cô có 4 anh chị em kế: Emily và Zachary Hudson, từ cuộc hôn nhân sau này của cha đẻ cùng diễn viên Cindy Williams; Lalania Hudson, từ mối tình của cha và một người phụ nữ khác;[9] và Wyatt Russell, từ mối tình giữa mẹ cô và Kurt Russell.

Không chỉ mang dòng máu Ý (từ bà nội), người Do thái gốc Hungary (từ bà ngoại), mà Hudson còn mang gốc gác người Anh và Đức.[11][12] Cô được nuôi nấng như một đứa trẻ người Do thái.[13][14] Năm 1997, cô tốt nghiệp tại trường trung cấp dự bị Crossroads tại Santa Monica. Cô được nhận vào Đại học New York nhưng lại lựa chọn nghiệp diễn xuất.[2]