Седжвик родилась в семье учительницы и венчурного капиталиста. По отцовской линии актриса является потомком известного судьи Теодора Седжвика (англ.)русск., основателя Groton School Эндикотта Пибоди (англ.)русск. и Уильяма Эллери (англ.)русск., подписавшего Декларацию независимости США. Также является кузиной покойной Эди Седжвик, сестрой актёра Роберта Седжвика (англ.)русск. и сводной сестрой джазового гитариста Майка Стерна (англ.)русск. Её родители развелись, когда ей было шесть лет, и через какое-то время её мать вышла замуж за Бена Хеллера, арт-директора.

В возрасте шестнадцати лет Седжвик дебютировала на телевидении в дневной мыльной опере «Другой мир». После ухода из шоу она появилась в нескольких других сериалах, а также начала играть роли второго плана в кинофильмах. В 1989 году она сыграла главную женскую роль в фильме Оливера Стоуна «Рождённый четвёртого июля», после успеха которого снялась в картине «Мистер и миссис Бридж» с Полом Ньюманом.

Большую часть девяностых Седжвик, в основном, исполняла роли второго плана в крупных, а также независимых фильмах. Она номинировалась на премию «Золотой глобус» за роль в телефильме «Мисс Роуз Уайт» (1992), а также за комедийную роль второго плана в кинофильме «Повод для разговоров» (1995). Во второй половине девяностых она сыграла в нескольких бродвейских постановках, а также продолжала сниматься в независимых фильмах, наиболее значимый из которых «Пещерный человек» (2004), принесший ей номинацию на премию «Независимый дух» за лучшую женскую роль.

Особую известность Кире Седжвик принесла главная роль в сериале «Ищейка», где она сыграла жёсткого следователя Бренду Ли Джонсон. За воплощение своего персонажа она заслужила похвалу критиков, а сериал в свою очередь стал одной из самых популярных драм на кабельном телевидении. В 2007 году Седжвик удостоилась «Золотого глобуса», а в 2010 году получила долгожданную «Эмми» за лучшую женскую роль в драматическом сериале после четырёх последовательных номинаций. В 2009 году актриса была удостоена собственной звезды на Голливудской «Аллее славы» за вклад в телевидение.

4 сентября 1988 года актриса вышла замуж за актера Кевина Бейкона, у них двое детей, Трэвис Седжвик Бэйкон (род. 23 июня 1989) и Соуси Рут Бэйкон (англ.) (род. 15 марта 1992).