År 2008 kom Kate Upton till gjutningen i det fashionabla agenturen Elite Model Management i Miami och blev omedelbart antagen till de statliga modellerna. Snart flyttade hon till New York och skrev kontrakt med en större internationella byrå IMG Models. Den första stora fotosession för tidskrifter var Upton Garage och Dooney & Bourke.
Under 2010 och 2011 blev hon inför glansigt magasin Guess. Under 2011 dök Upton på sidorna i Sports Illustrated Swimsuit Issue i kroppen konst och fick en debutant på året. Hon spelade även för reklam företag Beach Bunny Swimwear och Victorias Secret. Dessutom en fotografering med Kate Upton synts i tidningar Complex och Esquire, där hon valdes "frun i sommar."
I april 2011 dök modell i flera filmer som cirkulerar på Internet. Särskilt populärt var videon med utförandet av hip-hop låtar Cat Daddy, regisserad av Terry Richardson. Dans i en uppriktig bikini blondin med eleganta siffra lockade allas uppmärksamhet, och rullen gjorde 750.000 visningar per dag. Sen var det bort från YouTube för brott mot sajtens regler för att begränsa sexuellt innehåll video.
I februari 2012 dök modell på omslaget till Sports Illustrated Swimsuit Issue och deltog som gäst på flera tv-program. Agera debut Kate Upton blev en mindre roll i filmen "Tower Heist" (2011). Följande år dök hon i filmen "The Three Stooges" (2012), där han också spelade en underordnad roll.