Peintre avant de se lancer dans l'aventure cinématographique, Kathryn Bigelow suit des cours au San Francisco Art Institute pendant deux ans puis reçoit une bourse du Whitney Museum de New York. Membre du collectif avant-gardiste Art and Language et diplômée de la Columbia Film School, la jeune femme réalise son premier long métrage en 1982, The Loveless, en collaboration avec Monty Montgomery.
Ce n'est que cinq ans plus tard que la cinéaste se fait remarquer avec Aux frontières de l'aube, une modernisation radicale du mythe du vampire dont elle signe elle-même le scénario. En 1990, Kathryn Bigelow poursuit avec le thriller policier Blue Steel et s'impose comme une référence du cinéma d'action avec Point Break, sorti en 1991. Après la réalisation de la mini-série Wild Palms, elle revient au cinéma avec le film d'anticipation Strange Days