D'origine irlandaise et allemande, Katherine Heigl est la cadette des cinq enfants de Nancy et Paul Heigl (avec Meg, Jason, Holt et John Heigl). En 1986, un de ses frères meurt dans un accident de voiture. Cet évènement dramatique va profondément bouleverser l'équilibre familial et mener au divorce de ses parents quelques années plus tard.