Su padre Klaus es médico y su madre Inez es propietaria de una galería de arte. Están divorciados. Tiene un hermano llamado Christian. A Kirsten en su familia la llaman Kiki. Desde muy pequeña ha estado relacionada con el mundo de la imagen y el espectáculo. Con tres años comenzó a ser modelo infantil de la agencia Ford y llegó a aparecer en más de setenta anuncios publicitarios.

A mediados de los años 90 apareció en varios episodios de la serie "Urgencias". Continuó trabajando como modelo y apareciendo en diferentes spots hasta que en 1989 debutó en el cine en "Historias de Nueva York", en el episodio dirigido por Woody Allen. En este film pasó inadvertida como hija de Mia Farrow, pero tuvo su primer diálogo en "La hoguera de las vanidades", de Brian De Palma, donde interpretaba a la hija de Tom Hanks.

El director Neil Jordan la eligió entre más de 5000 aspirantes, superando a otras actrices de su generación como Christina Ricci o Dominique Swain. En esta ocasión, Dunst no pasó desapercibida, ni tampoco los tonos sensuales de su actuación. No sólo no se sintió cohibida por la presencia de estrellas del calibre de Tom Cruise, Brad Pitt o Antonio Banderas, sino que mostró tal soltura ante la cámara que por su imagen, entre inocente y perversa, muchos la consideran lo mejor de la película, y su trabajo le valió una nominación a los Globos de Oro como mejor actriz de reparto.

En 1995 la pudimos ver en "Jumanji", una película plagada de efectos especiales y protagonizada por Robin Williams, que supuso otro espaldarazo a la carrera de Kirsten, que fue considerada por la revista People como una de las 50 personas más bellas del mundo.

Su revelación definitiva en el mundo del cine le llegó con la película debut de Sofia Coppola "Las vírgenes suicidas".

Después de recordar su etapa de cheerleader en el instituto con su papel en "Bring it On", apareció en películas como "Crazy/Beautiful", "Lucky Town" o "Get Over It", donde hizo su debut como cantante interpretando la canción "Dream Of Me" y "Spider-Man", en la que interpreta a Mary Jane, la novia del héroe, un papel que logró por encima de actrices como Kate Hudson o Alicia Witt.

En 2000 se graduó en la Notre Dame High School, un instituto católico privado de Los Angeles, ciudad en la que vive con su hermano y su madre. Admiradora de Jodie Foster, entre sus películas favoritas están "A Tree Grows in Brooklyn", de Elia Kazan, y "La Lista de Schindler", de Steven Spielberg, su director preferido.

Fue novia del hijo de Dustin Hoffman, Jake. Mantuvo relaciones sentimentales con los actores Ben Foster, su compañero en "Así es el amor" y Tobey Maguire, al que conoció en el rodaje de "Spider-Man"...