Cates ble født i New York City i en familie med bakgrunn fra fjernsyn og Broadway. Hun er datter av Lily and Joseph Cates (opprinnelig "Joseph Katz"), som var en viktig og skapende ressurs på Broadway og en pioner innen fjernsyn, som hjalp til med programmet . Hennes avdøde onkel Gilbert Cates produserte utallige fjernsynprogrammer, ofte i samarbeid med Bill Cates' far, så vel som flere årlige Oscar-arrangementer. Hennes besteforeldre på farssiden var russiske jøder. Hennes besteforeldre på morssiden var kinesiske filippinere. Cates' mor var født i Shanghai, Kina.