Kaitlyn Dever naît le 21 décembre 1996 à Phoenix dans l’Arizona (États-Unis). Elle grandit dans sa région natale et se découvre assez rapidement une passion pour de nombreux sports, de la gymnastique au patinage en passant par la danse. En parallèle, la petite fille manifeste, dès l’âge de six ans, un intérêt certain pour le théâtre.

Par la suite, sa famille déménage à Dallas, au Texas. Elle y suit alors des cours d’art dramatique à destination des enfants au Dallas Young Actors Studio. Très attirée par le jeu, elle commence par jouer dans des publicités pour McDonald’s ou Kellog’s.

Sa carrière commence véritablement en 2009 lorsqu’elle apparaît dans des séries telles que Championnes à tout prix et Modern Family. Deux ans plus tard, en 2011, elle tourne son premier film au cinéma avec la comédie Bad Teacher de Jake Kasdan dans laquelle elle donne la réplique à Cameron Diaz et Justin Timberlake. Cette même année, Clint Eastwood la dirige dans J. Edgar face à Leonardo DiCaprio.

Le cinéma indépendant américain en fait l’une de ses nouvelles égéries, puisqu’elle tourne devant la caméra de James Ponsoldt (The Spectacular Now – 2013), Destin Daniel Cretton (States of Grace - 2013) ou encore Jason Reitman (Men, Women & Children - 2014).

En parallèle du grand écran, elle devient une vedette à la télévision grâce au rôle d’Eve Baxter qu’elle interprète pendant plusieurs années dans la série C’est moi le chef !, aux côtés de Tim Allen.

Privilégiant un cinéma exigeant, Kaitlyn Dever retrouve Jason Reitman pour The Front Runner (2018) face à Hugh Jackman. Elle tourne également sous la direction du cinéaste flamand Felix Van Groeningen dans My Beautiful Boy (2018).

En 2020, son rôle dans la mini-série Unbelievable lui permet de décrocher une nomination au Golden Globe de la meilleure actrice dans une mini-série ou un téléfilm.

Même si ces derniers projets concernent surtout des comédies (Ticket to Paradise d’Ol Parker – 2022 ; Rosaline de Karen Maine – 2022 ; Une équipe de rêve de Taika Waititi – 2023…), Kaitlyn Dever se distingue également par son rôle marquant dans le film de science-fiction Traquée de Brian Duffield (2023).

En 2025, l’actrice rejoint le casting de la deuxième saison de The Last Of Us et tient l’un des premiers rôles de la mini-série Apple Cider Vinegar.