Katharine Hope McPhee nació el 25 de marzo de 1984 en Los Ángeles (California). A los 12 años se mudó con sus padres y hermana a Sherman Oaks, California. Su gran aptitud y capacidad provienen de su familia, en concreto de su madre, Patricia Burch McPhee, cantante de cabaré. Fue ella quien decidió educarla desde que descubrió su don, a la edad de dos años. Su padre, Daniel McPhee, es productor de televisión y su hermana mayor, Adriana Burch McPhee (nacida el 30 de junio de 1982), aspira a ser productora. McPhee tiene ascendencia irlandesa, escocesa y alemana.

En 2002, se graduó de la escuela secundaria Notre Dame High School. Tras ser rechazada en distintos castings y audiciones, se presentó mediante audición convocada, en San Francisco, para American Idol. Logró llegar hasta la final del certamen, logrando una muy buena participación, pero perdió frente a Taylor Hicks.