Kelly Bishop wird als Carole Bishop in Colorado geboren. In Denver besucht die junge Kelly die Ballettschule. Nach dem Schulabschluss zieht es sie nach New York, wo sie ihren ersten Job in einer Ballettkompanie an der Radio City Music Hall erhält. Sie tritt auch in Las Vegas auf und schafft es schließlich bis an den Broadway.
Kelly Bishop gelingt mit der Rolle der sexy Sheila in der Broadway-Produktion „A Chorus Line“ 1976 der Durchbruch. Sie wird mit dem Tony Award und dem Drama Desk Award ausgezeichnet. Es folgen weitere Broadway-Rollen und schließlich der Sprung auf die Kinoleinwand. 1987 spielt Bishop Babys (Jennifer Grey) Mutter Marjorie Houseman im Kultfilm „Dirty Dancing“.
Auch auf dem Fernsehschirm ist Kelly Bishop präsent und spielt 1988 eine Hauptrolle in der kurzlebigen Serie „The Thorns“. Außerdem besucht sie verschiedene Serien, so wie Law & Order (1992).
Doch weltbekannt macht sie die Rolle der stoischen Emily Gilmore in Gilmore Girls. Die Hauptrolle als Lorelais (Lauren Graham) Mutter und Rorys (Alexis Bledel) Großmutter hat die Darstellerin von 2000 bis zum Ende der beliebten Serie 2007 inne.
Ihre Rolle als Matriarchin Emily Gilmore scheint ihr Lust auf Serien gemacht zu haben, denn anschließend ist sie in zahlreichen Gastrollen zu sehen, unter anderem bei Law & Order: Special Victims Unit, Mercy, The Good Wife und Army Wives.
Für eine neue Hauptrolle vertraut sie nur der Gilmore Girls-Schöpferin Amy Sherman-Palladino, für die sie 2012 in Bunheads in die Rolle der ehemaligen Ballerina Fanny Flowers schlüpft. Allerdings war der Tanzserie nur eine Staffel vergönnt.
2015 nimmt Kelly Bishop sich eine kurze Pause von ihren zahlreichen Bühnenengagements für eine Stippvisite in der Serie Sex&Drugs&Rock&Roll. 2016 wird Bishop in Gilmore Girls: A Year in the Life erneut zu Emily Gilmore.
1981 heiratete Bishop ihren zweiten Ehemann, den Talkshowmoderator Lee Leonard, der 2018 verstarb.