Katherine Matilda Swinton a skóciai Swinton klán sarja, felmenői között lord, politikus és tudós is akad. Apja, Sir John Swinton a brit hadsereg nyugalmazott vezérőrnagya és Őfelsége képviselője volt a skóciai Berwick grófságban, anyja ausztrál. Előkelő angol bentlakásos iskolákban folytatta tanulmányait, s egy életre meggyűlölte ezeket az intézményeket. A West Heath lányiskolában osztálytársa volt Lady Diana Spencer, a későbbi walesi hercegné, akivel barátságot kötöttek. Dél-afrikai és kenyai önkéntes munka után a cambridge-i egyetemre iratkozott be, ahol 1983-ban társadalom- és politikatudományból szerzett diplomát. Érdeklődése a színház felé fordult, a Királyi Shakespeare Társaság tagja lett és egy edinburghi-i színházban is fellépett.

Filmes pályafutása 1986-ban, a minden művészeti ágban jeleskedő Derek Jarman rendező Caravaggio című drámájával indult. Az avantgárd filmes egyfajta mentorként állt mellette, munkakapcsolatuknak nyolc film lett az eredménye, köztük az Anglia alkonya 1987-ből, amely Swinton személyes kedvence, A kert 1990-ből és a II. Edward, amelyért a színésznő 1991-ben elnyerte a Velencei Filmfesztivál a legjobb színésznőnek járó Volpi Kupáját. Utolsó közös munkájuk az 1993-ban forgatott Blue, amelyet Jarman négy hónappal halála előtt fejezett be. Swinton talán legnagyobb művészi teljesítménye az 1992-ben Virginia Woolf regényéből készült Orlando című film kettős - férfi és női - címszerepének megformálása volt, Sally Potter rendezésében.

Swinton Hollywood érdeklődését is felkeltette. A tengerentúl először 2000-ben a Leonardo DiCaprio főszereplésével készült A part című filmben kapott rövid szerepet, majd 2001-ben a homoszexuális fiát védelmező anyát formálta meg a Mélyvíz című filmdrámában, és feltűnt a Vanília égboltban is Tom Cruise oldalán. Nem hanyagolta el a független filmeket sem, 2002-ben Meryl Streeppel játszott az Adaptációban, majd 2003-ban az erősen korhatáros Young Adamban Ewan McGregorral került intim viszonyba. Személyisége drámai oldalát mutatta meg Az ítélet és az Ujjfüggő című alkotásokban.

2005-ben Jim Jarmusch komédiájában, a Hervadó virágokban csillantotta meg komikus oldalát. Ő játszotta a Fehér Boszorkányt a Narnia krónikái - Az oroszlán, a boszorkány és a ruhásszekrény című családi kalandfilmben és annak két folytatásában. A szakma legnagyobb elismerésére, az Oscar-díjra 2007-ben jelölték először és rögtön győzött is a legjobb mellékszereplő kategóriában. A George Clooney főszereplésével készült Michael Clayton című krimiben nyújtott alakításáért Golden Globe-díjra is jelölték, és hazavihette a legjobb mellékszereplőnek járó BAFTA szobrot is. Clooneyval újra 2016-ban az Ave, Caesar! című, Joel és Ethan Coen rendezte vígjátékban dolgoztak együtt.

2007-ben ő játszotta Tarr Béla A londoni férfi című filmjének egyik főszerepét, 2008-ban Brad Pitt társaságában forgatta az Égető bizonyíték című sötét komédiát. Ezután a Benjamin Button különös élete című filmdrámában állt a kamera elé, 2008-ban egyedi és elegáns megjelenése miatt az év legstílusosabb angol hölgyének választották. A következő évben a Jim Jarmusch rendezte Az irányítás határai és az olasz Luca Guadagnino Szerelmes lettem című drámájában vállalt szerepet. Swinton otthonosan mozgott az olasz rendező érzéki világában csakúgy, mint 2015-ben befejezett közös filmjükben, a Vakító napfényben.

A kritikusok szerint egyik legkiemelkedőbb alakítását 2011-ben a Beszélnünk kell Kevinről című filmben nyújtotta egy lelkifurdalással küzdő anyaként, akinek fiából tömeggyilkos lett. Wes Anderson több alkotásában is szerepet bízott rá, így 2012-ben a Holdfény királyságban, két évvel később A Grand Budapest Hotelben, 2018-ban a Kutyák szigete című animációs filmben kölcsönözte a hangját az egyik szereplőnek. A színésznő tavaly a Marvel Stúdió szuperhős-filmjeinek nagyszabású fináléjában, a Bosszúállók: Végjátékban is szerepelt. Ugyancsak 2019-ben lányával, Honor Swinton Byrne-nal játszott együtt a Szuvenír című pszichológiai drámában, amely egy rendezőnek készülő fiatal nő szerelmi kapcsolatát követi nyomon egy drogfüggő férfival. Idén egyedüli szereplője volt Pedro Almodóvar Az emberi hang című rövidfilmjének. A különleges alkotás bemutatójára az idei Velencei Filmfesztiválon került sor, ahol Swinton átvehette az Arany Oroszlán életműdíjat.

Izgalmas arca, kifürkészhetetlen tekintete, magas, nyúlánk alakja miatt modellként is sikeres, mások mellett együttműködött a holland Viktor és Rolf divattervezőpárossal. Sőt 2013-ban a New York-i Modern Művészetek Múzeumában kiállítási tárgyként is szerepelt, ugyanis egy üvegházban csukott szemmel feküdt nyolc órán át, miközben a látogatók körbejárva szemlélhették meg.

Férjétől, John Bryne festőtől és forgatókönyvírótól 1997-ben ikrei születtek. A házasság 2003-ban ért véget, a színésznőt 2004 óta a német Sandro Kopp képzőművészhez fűzi kapcsolat.