Hepburn vokste opp som nummer to av seks søsken i en velstående og liberal familie i New England. Faren var en anerkjent urolog, mens moren, som også var arving til en betydelig formue, var en aktiv suffragist som arbeidet for kvinners stemmerett og familieplanlegging. Faren oppmuntret Katharine og hennes søsken til å være aktive i idrett, og Katharine utmerket seg som svømmer, samt i golf og tennis.