Née Katharine Johnson, elle était la fille de l'architecte Thomas R. Johnson, qui participa à plusieurs édifices remarquables de New York, comme le Woolworth Building (1913), le bâtiment des douanes de la ville et des bibliothèques. Selon l'actrice, le manque de reconnaissance de son travail sur le Woolworth Building précipita sa mort en 1914.[réf. souhaitée] Kay décida de devenir actrice après être sortie d'un internat dans l'Ohio. Sa mère l'autorisa avec réticence à prendre des cours à l'American Academy of Dramatic Art.
Débuts
Son premier rôle important fut dans une pièce intitulée Beggar on Horseback, et sa première apparition remarquée fut dans R. U. R. (Rossum's Universal Robots) à Chicago. Après être apparue dans The Little Accident à Providence (Rhode Island), elle partit pour la Californie avec l'acteur John Cromwell, qu'elle épousa en (il fit carrière comme réalisateur à Hollywood).