Kate O’Brien begann ihre sportliche Laufbahn 2010 als Bobfahrerin unter Trainer Quin Sekulich. 2011 startete sie erstmals im Bob-Europacup im Zweierbob als Bremserin von Pilotin Jenny Ciochetti sowie im Viererbob. Nachdem sie im Vierbob beim Weltcup von Altenberg im Dezember 2011 als Elfte ein gutes Resultat mit ihren Teamkolleginnen erreichte, bekam sie schließlich 2012 einen festen Platz im Nationalteam von Trainer Tom De-La-Hunty. 2013 startete sie mit Ciochetti bei der Bob-Weltmeisterschaft, die sie als 18. beendeten, fiel aber anschließend aufgrund einer Verletzung aus, so dass sie sich nicht für die Olympischen Winterspiele in Sotschi qualifizieren konnte. Zurück zur Saison 2014/15 gelang ihr nach einem Sieg beim North American Cup im November vier Wochen später als Dritte in Calgary ihr erstes Weltcup-Podium. Bei den Bob-Weltmeisterschaften 2015 in Winterberg verpasste sie im Mixed-Team-Wettbewerb als Vierte nur knapp eine Medaille.