Mulgrew ble født i 1955 i Dubuque i Iowa hos foreldrene Thomas James «T.J.» Mulgrew II, entreprenør, og Joan Virginia Mulgrew (døpenavn Kiernan), kunstmaler, begge katolikker av irsk avstamming. Kate Mulgrew var den nest eldste av åtte søsken. Hun gikk på Walhert High School i Dubuque. Da hun var 17 år gammel kom hun inn på skuespillerskolen Stella Adler Conservatory of Acting tilknyttet New York University i New York City. Hun forlot New York etter det første året og mottok sin akademiske grad i 1976.