Katherine Litwack otthon nevelkedett, már 14 évesen befejezte a középiskolát, és szüleivel Los Angelesbe költözött, hogy ott kezdhessen színészi tanulmányokba. A "Dennings" művésznevet, amit ma mindenki ismer, ekkor vette fel. Eleinte sorozatok epizódjaiban szerepelt, mint a Szex és New York vagy a CSI: New York-i helyszínelők.

Első filmes szerepe a Sztár születik (2004) című Hilary Duff-filmben volt, amiben egy zongoristalányt alakított. Ezt követően több filmben is feltünt, játszott például a 40 éves szűz-ben, a Gagyi Mami 2.-ben is, majd megkapta eddigi legemlékezetesebb filmes szerepét a Thor című Marvel filmekben (2011 és 2013), ahol Darcy Lewis-t, Natalie Portman segédjét alakította.