Née à Édimbourg (Écosse), le 23 juin 1975, Kate Tunstall n'a guère l'occasion de connaître sa famille biologique. Née d'une mère d'origine chinoise et écossaise et d'un père irlandais, la petite fille est vite laissée à l'adoption par ses parents. Adoptée par une famille anglaise, Kate grandit en Ecosse, puis aux Etats-Unis, d'abord en Nouvelle-Angleterre, puis dans le Connecticut.
C'est durant sa scolarité que « KT » commence à pratiquer la musique de manière intensive : élève dans un pensionnat du Connecticut la jeune fille développe sa vie sociale en participant à un groupe, The Happy Campers, et en réalisant ses premiers boeufs. Encouragée, elle décide d'étudier la musique au Royal Holloway College de Londres.
Mais l'absence d'atomes crochus avec les autres élèves conduit la jeune femme à revenir en Ecosse, où elle multiplie les participations à des collectifs artistiques, concerts, et autres boeufs dans des localités parfois très improbables. Les concerts dans les rues, les pubs et les foires diverses et variées présentent certes un intérêt artistique et formateur, ainsi que des potentialités d'aventures enrichissantes, mais ne nourrissent pas forcément leur homme (ou, en l'occurrence, leur femme) : au début des années 2000, KT Tunstall décide de passer à la vitesse supérieure et, emportant dans sa valise des tonnes d'enregistrements et de maquettes amassés au fil des ans, se rend à Londres pour faire le siège des maisons de disques.
C'est avec Relentless Records, filiale de Virgin, que la jeune chanteuse décroche la timbale : en 2004, après une préparation longue et laborieuse, sort Eye to the Telescope , premier album de KT Tunstall. Les résultats commerciaux sont initialement médiocres mais l'album, après avoir disparu du hit-parade britannique, y revient soudainement, opérant au fil des semaines une ascension étonnante qui le conduit jusqu'à la troisième place du classement.
Entretemps, le public britannique a eu l'occasion de découvrir véritablement KT Tunstall, grâce à une émission télévisée de la BBC : invitée en dernière minute à l'émission Later... with Jools Holland pour remplacer un rappeur qui avait déclaré forfait, KT Tunstall interprète la chanson « Black Horse and the Cherry Tree » et fait sensation, boostant les ventes de son album.
Devenue l'une des révélations musicales de l'année 2005, KT Tunstall sort de nouveaux singles, remportant un succès après l'autre. En 2006, Eye to the Telescope est proposé au public américain, s'écoulant aux États-Unis à plus d'un million d'exemplaires ; dans le même temps sort un second album, KT Tunstall's Acoustic Extravaganza, disponible sur le site internet de la chanteuse avant d'être distribué dans les bacs.
Devenue populaire, KT Tunstall n'en demeure pas moins quelque peu rebelle et fidèle à ses racines alternatives : en 2008, elle refuse sèchement de chanter en duo avec Katharine McPhee, ancienne candidate de l'émission American Idol (l'équivalent américain de Nouvelle star), qui avait pourtant exprimé son admiration pour elle. Le grand retour à lieu en octobre 2010 avec la sortie de Tiger Suit, accueilli positivement des deux côtés de l'Atlantique. Le simple « (Still a) Weirdo » et l'ensemble de Tiger Suit confirment une avancée vers un rock alternatif plus énergique que le pop folk du passé.
En juin 2013, KT Tunstall s'offre une balade américaine avec Invisible Empire // Crescent Moon, enregistré à Tucson (Arizona) avec le producteur Howe Gelb, leader du groupe Giant Sand. Les problèmes personnels qui l'ont inspiré (la mort de son père et un divorce après quatre années de mariage) ont temporairement écarté la chanteuse de la scène. Elle y retourne peu après, comme en témoigne l'album Live Islington Assembly Hall, enregistré dix jours après la sortie de l'album et comprenant une reprise du tube « The Boys of Summer » de Don Henley.
Après cette tournée, la chanteuse compose quelques titres à destination du cinéma (Winter's Tale, Million Dollar Arm, Bad Moms), puis enregistre l'EP de quatre titres Golden State, sorti en juin 2016, quelques semaines avant celle de son cinquième album KIN, en septembre, produit par Tony Hoffer. Si aucun des cinq titres extraits en simple ne se classe, l'album grimpe néanmoins jusqu'à la 7ème place du classement britannique et inclut un duo, « Two Way », avec James Bay. Sans attendre, KT Tunstall retourne en studio avec Nick McCarthy, guitariste du groupe Franz Ferdinand, pour y enregistrer WAX (octobre 2018), un album pop, rock, folk et parfois dansant, annoncé par le simple « The River ».
