Figlia unica di David e Robin Newton, Kathrin Newton non è solo un'attrice di successo ma anche un'appassionata di golf: iniziò a partecipare ai primi tornei fin da piccolissima, all'età di otto anni. Continuò a praticare questo sport anche durante gli anni del liceo alla Notre Dame High School di Los Angeles, facendo parte della squadra di golf della scuola e vincendo ben tre campionati. Nel 2012 aveva persino intenzione di partecipare alla 67esima edizione del campionato nazionale Women's Open, ma dovette rinunciare per seguire le riprese dell'horror Paranormal Activity 4, in cui interpretava il ruolo della protagonista. Per portare avanti la carriera da attrice ha deciso di sospendere il college, interrompendo gli studi iniziati alla University of Southern California.

Gli esordi
Newton iniziò la carriera da attrice quand'era ancora una bambina: a soli quattro anni debuttò infatti nel ruolo di Colby Marian Chandler nella soap opera All My Children-La valle dei pini, andata in onda sulla ABC per più di quarant'anni a partire dal 1970. Nello stesso periodo recitò anche nei cortometraggi Abbie Down East (2002) e Bun Bun (2003).
Cinque anni più tardi ottenne un ruolo nella serie TV della CBS Gary Unmarried - Provaci ancora Gary, dedicata al neo divorziato Gary Brooks e al suo tentativo di ricostruirsi una vita dopo la fine del matrimonio con l'ex moglie Alison. Per l'interpretazione dell'insolente figlia della coppia Luisa Brooks, Newton ricevette uno Young Artist Award come Miglior attrice non protagonista in una serie TV commedia o drammatica.
Nel 2011 debuttò sul grande schermo al fianco di Cameron Diaz nella commedia Bad Teacher-Una cattiva maestra, diretta da Jake Kasdan e vincitrice di un Teen Choice Award. Un anno dopo giunse il secondo Young Artist Award - questa volta come Miglior attrice protagonista in un film - per la sua performance nei panni di Alex Nelson nel quarto film della saga horror Paranormal Activity.

I grandi successi
Negli anni successivi Newton è impegnata con le riprese della serie cult Supernatural ? in cui interpreta Clair Novak dalla decima alla tredicesima stagione ? e del thriller drammatico a episodi targato HBO Big Little Lies - Piccole Grandi Bugie, in cui recita insieme ad attrici del calibro di Meryl Streep, Laura Dern e Nicole Kidman. L'ottima performance degli interpreti vale al cast della serie una candidatura agli Screen Actors Guild Award del 2020.
Sempre nel 2017 Newton appare in due lungometraggi molto apprezzati dalla critica: la commedia drammatica diretta da Greta Gerwig Lady Bird, vincitrice nel 2018 di due Golden Globe e candidata a cinque premi Oscar, e Tre manifesti a Ebbing, Missouri, che sempre nel 2018 si è portato a casa due Oscar e quattro Golden Globe. Nello stesso anno interpreta anche la figlia adolescente di Julia Roberts nel dramma Ben is Back e veste i panni di Lisa Decker nella commedia con John Cena Blockers - Giù le mani dalle nostre figlie.
Nel 2019 ricopre il ruolo di protagonista al fianco di Justice Smith nel film Detective Pikachu tratto dall'omonimo videogioco della Nintendo, che ha riscosso un enorme successo di pubblico, arrivando a incassare più di 411 milioni di dollari. Sempre nello stesso anno è protagonista della prima e unica stagione della serie Netflix The Society, ispirata alla fiaba tedesca del 1300 "Il pifferaio di Hamelin" e al romanzo di culto di William Golding "Il signore delle mosche". L'anno successivo è nell'horror Freaky con Vince Vaughn e nel 2021 interpreta Margaret - l'innamorata del giovane protagonista Mark - nel film sentimentale La mappa delle piccole cose perfette tratto dall'omonimo romanzo dello scrittore statunitense Lev Grossman.
Nel 2023 entra a far parte del Marvel Cinematic Universe vestendo i panni di Cassie (conosciuta anche come Stature), la figlia del protagonista Scott Lang (alias Ant-Man), nel terzo film dedicato al supereroe Ant-Man and the Wasp: Quantumania, diretto da Peyton Reed.