ロンドン で、チャールズ・ディケンズとその妻キャサリンとの間に生まれた。ディケンズの末娘で、兄弟たちの話によればお気に入りの娘で[ 2] 、ケートやケーティの愛称で呼ばれた。激しい気性から"Lucifer Box"の仇名もあった[ 3] 。
12歳から女性のために作られたベッドフォード・カレッジで絵画を学んだ。
ジョン・エヴァレット・ミレー 作、『ケート・ペルジーニの肖像画』(1880)
子供時代から、家族と各地を旅し、芝居好きの父親が作ったアマチュア劇団に出演し、1857年にはヴィクトリア女王の前で、ウィルキー・コリンズ 作の戯曲「The Frozen Deep」の公演に出演したこともあった[ 4] 。1858年に両親は別居し、子供たちは父親のもとに残った。ディケンズと女優のエレン・ターナンとの不倫か、ディケンズ家に同居して家事をしていた妻の妹のジョージナ・ホガースと妻との対立が別居の原因とされる[ 5] 。
1860年にウィルキー・コリンズの弟で画家、作家のチャールズ・オルストン・コリンズ と結婚した。1873年に最初の夫は癌で病没するが、それ以前から、画家のヴァレンタイン・キャメロン・プリンセプ と恋愛関係にあったとされる[ 4] 。夫が亡くなってすぐ、イタリア出身で有名な画家フレデリック・レイトン の弟子であった画家、チャールズ・エドワード・ペルジーニ と結婚した。
肖像画家(人物画家)として活動し、子供の肖像画を得意とした。1877年からロイヤル・アカデミー・オブ・アーツの展覧会に出展を始め、王立水彩画家協会や婦人芸術家協会(当時の名称はSociety of Lady Artists、後のSociety of Women Artists )の展覧会にも出展した。
文学者のジェームス・マシュー・バリー やジョージ・バーナード・ショー らと親交を結んだ[ 6] 。有名な肖像画家のジョン・エヴァレット・ミレーにはケート・ペルジーニをモデルにした作品がある[ 7] 。
2度目の夫が1918年に亡くなった後、1929年に89歳で亡くなった。