Kathryn Ann Bigelow (San Carlos (Californië), 27 november 1951) is een Amerikaans filmregisseur. In 2010 won ze als eerste vrouw ooit een Oscar in de categorie Best Director (voor haar regie van The Hurt Locker).
Kathryn Bigelow is enig kind; haar vader was manager van een verffabriek, haar moeder bibliothecaresse. Ze begon haar carrière als kunstschilder en studeerde twee jaar aan het San Francisco Art Institute. Ze won de prestigieuze studiebeurs van het Whitney Museum of American Art in 1971. Daarna studeerde ze aan de Columbia-universiteit, waar ze haar Master of Arts-graad behaalde en haar eerste korte film The Set-Up (1978) regisseerde. Ook gaf ze les aan het California Institute of the Arts (CalArts).
Haar eerste speelfilm was The Loveless uit 1982, die ze samen met Monty Montgomery regisseerde. Daarna schreef en regisseerde ze de vampierwestern Near Dark (1987), waarvoor ze goede kritieken kreeg, een Saturn Award-nominatie voor beste regisseur en een zilveren raaf op het Brussels International Festival of Fantastic Film. Na deze film wijdde het Museum of Modern Art een retrospectief aan haar. Op 17 augustus 1989 trouwde ze met collega-regisseur James Cameron, 2 jaar later volgde de scheiding. In 1990 maakte ze de feministische politiethriller Blue Steel, met in de hoofdrol Jamie Lee Curtis. Daarop volgde Point Break, waarin Keanu Reeves een FBI-agent speelt die infiltreert in een groepje surfers/bankovervallers onder leiding van Patrick Swayze.