En bilinen rolü Battlestar Galactica dizisinde Yüzbaşı Kara Thrace (Starbuck) rolüdür. Bu rolüyle 2004'te Saturn Ödülleri'nde En İyi Yardımcı Kadın Oyuncu ödülünü kazanmıştır. 24'ün sekizinci sezonunda Dana Walsh karakterini canlandırmıştır.
Ackhoff, Portland, Oregon'da doğdu ve St. Helens, Oregon'da büyüdü. Annesi Mary ESL program koordinatörü ve babası arazi geliştirme işinde çalışmaktadır. Erkek kardeşi Erick ise Portland yakınlarında bir araba modifikasyon dükkanının sahibidir. Beaverton'daki Sunsert High School'dan 1998'de mezun oldu. Erken yaşta yüzmeye başladı. Fakat lise tyıllarında bu sporu yaparken sakatlandı. Sakatlığı bugün de devam etmektedir. Bu nedenle yüzmeden uzaklaşıp yoga ve oyunculukla ilgilenmeye başladı. Lisedeyken okul tiyatrosunda Oliver!, Fiddler on the Roof, ve Bye Bye Birdie yapımlarında oynadı. Oyunculuğa duyduğu ilgi nedeniyle liseden mezun olduktan sonra Hollywood, Kaliforniya'ya gitti.
Sackhoff, Battlestar Galactica'nın sonlarına doğru fiziksel açıdan kendisini zayıf hissetmeye başladı. Diziden sonra tiroid kanseri teşhisi konuldu. Ameliyat olduktan sonra da düzenli olarak tedavi görmekte, hastalık remisyon durumunda tutulmaktadır.
Lifetime adlı film onun ilk rolü oldu. Ardında Fifteen and Pregnant adlı dizide rol adlı. Bu dizide Kirsten Dunst da vardı ve onun Hollywood'da yer edinebilmesi için ona destek oldu. Ardından The Education of Max Bickford'da rol aldı. Sonralki rolü ise Halloween: Resurrection'da Jen Danzig rolü oldu.
Sackhoff'un ilk kayda değer rolü, Battlestar Galactica'nın Mini Serisindeki Kara Thrace (Starbuck) rolü oldu. Mini serinin ardından başlayan dizide de bu rolü devam ettirdi. Starbuck rolü ile Saturn ödüllerinde 'En İyi Yardımcı Kadın Oyuncu' ödülünü kazandı. Bu rolüyle büyük beğeni kazandı ve hatırı sayılır bir hayran kitlesi edindi.
Galactica'nın senaristi Ronald D. Moore onun şöyle tarif etti:
“We saw this whole other side that was all because of Katee: vulnerability, insecurity, desperation. We started freeing ourselves up to explore the weakness of the character, because we knew Katee could express those things without compromising the character's strength.
2007'de kısa ömürlü NBC dizisi Bionic Woman'da kötü cyborg Sarah Corvus'u oynadı. White Noise 2: The Light ve The Last Sentinel'de başrol oynadı.
Lifetime Original Movie How I Married My High School Crush'da ana karakter olarak görüldü. Cold Case, ER, Law & Order ve Robot Chicken'da konuk oyuncu olarak görüldü.
Halo 3, Resistance 2 ve Spiderman: Edge of Time adlı video oyunlarının seslendirmesinde yer aldı.
Nip/Tuck'ın beşinci sezonunun dört bölümünde yeni doktor Theodora Rowe'u canlandırdı. Altıncı sezonda Rose McGowan rolüne geçti.
Sackhoff NBC'de yayınlanan Dick Wolf adlı polisiye-drama dizide rol aldı. Pilot bölüm Ocak 2009'da çekildi, NBC diziyi yayınlamaya karar verdi.
2009'da The Big Bang Theory'nin 49. bölümünde rol aldı. 4. sezonda aynı rolü tekrar canlandırdı.
Sackhoff 24 adlı TV dizisinin 8. sezonunda düzenli olarak rol aldı. Dana Walsh karakterini canlandırdı.
Şubat 2010'da Sackhoff ABC'de yayınlanan suç draması Boston Finest'ın pilot bölümünde oynamak için imza attı.
Sackhoff aksiyon-kurtadam filmi Growl'un yıldızı oldu.
2010 sonbaharında CSI kadrosuna katıldı.
2011'de Sackhoff, Workaholics'e konuk oyuncu oldu ve uyuşturucu bağımlısı Rachel karakterini canlandırdı.