Кейт Уинслет родилась 5 октября 1975 года в Рединге, графство Беркшир, в семье Роджера Джона Уинслета и Салли Энн Бриджес. Кейт имеет британское происхождение, а также ирландские корни со стороны отца и шведские — со стороны матери.
Её бабушка и дедушка по материнской линии были актёрами и руководили театральной труппой Рединга. Мать Уинслет работала няней и официанткой, а отец, актёр, устраивался на подработку, чтобы прокормить семью. Две их другие дочери, Бет Уинслет (род. 1978) и Анна Уинслет (род. 1972), тоже стали актрисами, хотя куда менее успешными, чем Кейт. Брат актрисы, Джосс, прекратил актёрскую карьеру. Семья испытывала финансовые трудности. Они жили на бесплатное питание и получали поддержку от благотворительной организации под названием The Actors' Charitable Trust.
Уинслет посещала начальную школу Англиканской церкви Святой Марии и всех святых. Когда ей было пять лет, она впервые появилась на сцене в роли Мэри в школьной постановке «Рождественской пьесы». Она описывает себя как ребенка с избыточным весом, одноклассники называли её толстушкой и издевались над ней из-за внешности. Но это не остановило её. В возрасте одиннадцати лет она начала изучать основы актёрского мастерства в школе Redroofs Theatre School и проучилась там до 1992 года.
Она снималась в рекламе Sugar Puffs и дублировала зарубежные фильмы. В школе была назначена старостой, принимала участие в постановках «Алиса в Стране чудес» и «Лев, колдунья и платяной шкаф», а также сыграла главную роль Венди Дарлинг в «Питере Пэне». Одновременно Уинслет работала в театральной компании Starmaker в Рединге. Участвовала более чем в двадцати их сценических постановках, но её редко выбирали на главную роль из-за веса. Тем не менее, она сыграла ключевые роли мисс Агаты Ханниган в «Энни», волчицы в «Книге джунглей» и Лены Марелли в «Багси Мэлоуне».