Katie Gertrude Meredith nació en Toledo (Ohio),^[1]​ hija de Jesse y Ann Meredith. Se graduó en la high school de Louisville (Kentucky)^[1]​ y trabajó como modelo, telefonista y dependienta de una tienda de ropa.^[2]​ En 1947 se casó con Joseph Wilhelm, con el que tuvo dos hijos.^[1]​^[2]​ En 1962 se divorció y el año siguiente se casó con el editor, crítico y escritor de ciencia ficción Damon Knight. El matrimonio se trasladó a Eugene (Oregón), donde vivieron juntos hasta el fallecimiento de Knight en 2002. Wilhelm continuó residiendo allí hasta su muerte acaecida en 2018.^[1]​^[3]​

Su primer relato de ficción publicado fue The Pint-Size Genie en la revista Fantastic en octubre de 1956. Al año siguiente publicó un relato en la Analog Science Fiction and Fact de John W. Campbell, y diez de sus relatos de ficción especulativa se publicaron entre 1958 y 1959. Su primera novela fue policial, More Bitter Than Death (1963), y su primera novela de ciencia ficción, Invasión subterránea (The Clone, 1965), fue finalista del premio Nébula.^[4]​

Sus trabajos se han publicado en revistas como The Magazine of Fantasy and Science Fiction, Locus, Amazing Stories, Asimov's Science Fiction, Ellery Queen's Mystery Magazine, Fantastic, Alfred Hitchcock's Mystery Magazine o Cosmopolitan, entre otras muchas.^[5]​

Junto a su segundo esposo, Damon Knight, fueron mentores de muchos autores noveles y colaboraron en la creación del Taller de Escritores Clarion y del Taller de Escritores Milford. Tras la muerte de Knight en 2002, Wilhelm continuó colaborando en talleres mensuales, así como dando conferencias y otros eventos. En 2012, junto con Richard Wilhelm, Sue Arbuthnot y Jonathan Knight, creó InfinityBox Press, LLC.

• Death Qualified: A Mystery of Chaos (1991)
• The Best Defense (1994)
• For the Defense (1996)
• Defense for the Devil (1999)
• No Defense (2000)
• Desperate Measures (2001)
• Clear and Convincing Proof (2003)
• The Unbidden Truth (2004)
• Sleight Of Hand (2006)
• A Wrongful Death (2007)
• Cold Case (2008)
• Heaven is High (2011)
• By Stone By Blade By Fire (2012)

• The Hamlet Trap (1987)
• The Dark Door (1988)
• Casa inteligente (Smart House, 1989)
• Sweet, Sweet Poison (1990)
• Seven Kinds of Death (1992)
• A Flush of Shadows (1995)
• The Casebook of Constance and Charlie Volumen 1 y 2 (1999)
• Whisper Her Name (2012)

• More Bitter Than Death (1962)
• The Mile-Long Spaceship (1963)
• Invasión subterránea (The Clone, 1965), con Theodore L. Thomas
• The Nevermore Affair (1966)
• Andover and the Android (1966)
• The Killer Thing (1967)
• The Downstairs Room (1968)
• Let the Fire Fall (1969)
• The Year of the Cloud (1970), con Theodore L. Thomas
• Abyss: Two Novellas (1971)
• Margaret and I (1971)
• City of Cain (1974)
• The Infinity Box (1975)
• Donde solían cantar los dulces pájaros (Where Late the Sweet Birds Sang, 1976)
• The Clewiston Test (1976)
• Fault Lines (1977)
• Somerset Dreams and Other Fiction (1978)
• Juniper Time (1979)
• The Winter Beach (1981)
• A Sense of Shadow (1981)
• Listen, Listen (1981)
• Oh, Susannah! (1982)
• Welcome, Chaos (1983)
• Huysman's Pets (1985)
• Crazy Time (1988)
• Children of the Wind (1989)
• Cambio Bay (1990)
• Naming the Flowers (1992)
• And the Angels Sing (1992)
• Justice for Some (1993)
• The Good Children (1998)
• The Deepest Water (2000)
• Skeletons: A Novel of Suspense (2002)
• The Price of Silence (2005)
• Death of an Artist (2012)

• 1968: Premio Nébula al mejor relato corto por The Planners
• 1977: Premio Locus a la mejor novela por Donde solían cantar los dulces pájaros
• 1977: Premio Hugo a la mejor novela por Donde solían cantar los dulces pájaros^[6]​
• 1977: Encuesta Locus de 1977, 26ª mejor escritora de ciencia ficción
• 1986: Premio Nébula al mejor relato por The Girl Who Fell into the Sky
• 1987: Premio Nébula al mejor relato corto por Forever Yours, Anna
• 1997: Premio Kurd Lasswitz a la mejor novela extranjera por Inseln im Chaos
• 2006: Premio Hugo al mejor libro de no ficción por Storyteller: Writing Lessons and More from 27 Years of the Clarion Writers’ Workshop^[7]​

En 2003 fue incluida en el Salón de la Fama de la Ciencia Ficción.^[8]​

En 2009 recibió uno de tres premios inaugurales del solsticio de la Asociación de escritores de ciencia ficción y fantasía de Estados Unidos (fundada por Knight en 1965), en reconocimiento a «su significativo impacto en el panorama de la ciencia ficción y la fantasía».^[9]​^[9]​

• Sitio web oficial (en inglés)
• Perfil y bibliografía de Kate Wilhelm en The Encyclopedia of Science Fiction (en inglés)
• Kate Wilhelm en la Internet Speculative Fiction Database (en inglés).
• Bibliografía de Kate Wilhelm en Fantastic Fiction (en inglés)
• Bibliografía en español de Kate Wilhelm en La Tercera Fundación