Kat Dennings nasceu Katherine Victoria Litwack em Bryn Mawr, Pensilvânia, perto de Filadélfia, para Ellen (Schatz), uma fonoaudióloga e poeta, e Gerald Litwack, um farmacologista molecular. Ela é a caçula de cinco filhos. Sua família é de ascendência judaica russa. Kat era predominantemente educado em casa, graduando-se aos 14 anos. Sua família mudou-se para Los Angeles, Califórnia, para apoiar Kat em tempo integral.
Depois de trabalhar fazendo comerciais, ela começou a trabalhar na televisão, começando com um papel em Sex and the City (1998), seguindo papéis como Raising Dad (2001), The Scream Team (2002), Everwood (2002), Sem um Trace (2002) e ER (1994), entre outros.
Kat fez o movimento para a tela grande com papéis coadjuvantes em Raise Your Voice (2004), Virgem de 40 anos (2005) e Big Momma's House 2 (2006). Mais tarde, ela alcançou um nível de fama com papéis em The House Bunny (2008) e Infinite Playlist de Nick e Norah (2008).
Kat continua a atuar em filmes e é um ávido blogueiro de vídeo. Desde 2011, ela estrelou com Beth Behrs na série de televisão CBS 2 Broke Girls (2011).
