Parallèlement à ses études, Kim Delaney débute une carrière dans le mannequinât. Une fois son diplôme en poche, elle s'installe à New York où elle prend des cours d'art dramatique. Ses débuts à la télévision, elle les fait dans le soap All my Children.

Après de nombreuses interprétations dans des séries et des téléfilms, Kim Delaney trouve la consécration grâce à NYPD Blue. Le rôle du détective Diane Russell lui vaut même de remporter un Emmy Award en 1997. En 2001, elle est la vedette de son propre show. Elle y tient le rôle titre de l'avocate Philly. Mais la série n'ira pas au-delà de la première saison. En 2002, elle est choisie pour faire partie de l'équipe des Experts : Miami. Remerciée au bout de quelques épisodes, elle renoue avec le succès grâce au téléfilm-catastrophe "Magnitude 10.5", dont une suite est tournée en 2005.

Au cinéma, la comédienne apparaît dans Mission to Mars de Brian De Palma.