Nachdem Cates ihre Model- und Tanzkarriere beendet hatte, beschloss sie, mit der Schauspielerei zu beginnen. Obwohl ihr Vater im Showbusiness war, war er von der neuen Karriere seiner Tochter nicht begeistert.
Cates hatte ihr Schauspieldebüt in Paradise (1982), das von März bis Mai 1981 in Israel gedreht worden war. In dem Film spielte sie mehrere Nacktszenen in voller Front, als sie noch minderjährig war (17 Jahre). Der Film hatte eine ähnliche Handlung wie The Blue Lagoon (1980). Sie sang auch das Hauptthema des Films und nahm ein Album von auf der selbe Name. In einem Interview von 1982 erinnerte sie sich daran, dass sie Probleme mit dem Karrierewechsel hatte, weil sie als Model sich der Kamera bewusst sein musste, während sie es vor der Filmkamera nicht konnte. Cates bereute es später, im Film zu sein: „Was ich gelernt habe, war, nie wieder so einen Film zu machen.“ Laut ihrem Co-Star Willie Aames: „Sie wird nichts mit dem Film zu tun haben. Sie ist wirklich verärgert darüber. Sie wird „keine Werbung mit mir machen“.
Später, 1982, spielte Cates in Fast Times am Ridgemont High (1982), wo Rolling Stone „den denkwürdigsten Bikini-Drop“ beschrieb in der Kinogeschichte „. Sie wurde mit den Worten zitiert, dass sie am meisten Spaß daran hatte, diesen Film zu drehen.
Im folgenden Jahr, 1983, war Cates in der Komödie Private School (1983), in der Matthew Modine und Betsy Russell die Hauptrolle spielten und für die sie zwei Songs des Soundtracks des Films „Just One Touch“ und „How Do I Let You Know“ sang.
1984 spielte Cates in der TV-Miniserie Lace , basierend auf einem Roman, den Shirley Conran geschrieben hatte. Sie spielte die Rolle der Lili, „um einer Gleichheit in ihren Filmdarstellungen zu entkommen“. Während ihres Vorspiels beeindruckte sie den Autor so sehr, dass er sie dort und dann einstellen wollte. Cates kämpfte mit der Darstellung eines bitteren Filmstars, weil sie trotz der bösartigen Persönlichkeit ihres Charakters beabsichtigte, dass das Publikum mit ihr sympathisierte. Sie hat Conrans Roman, auf dem der Film basiert, nicht gelesen, weil sie kein „festes Bild“ haben wollte. Ihre bekannteste Zeile im Film „Welche von euch Schlampen ist meine Mutter?“ wurde 1993 von TV Guide zur größten Linie in der Fernsehgeschichte ernannt.
1985 trat Cates in Rich Relations, geschrieben von David Henry Hwang, im Second Stage Theatre außerhalb des Broadway auf.
pätere Filmrollen für Cates waren bescheidener und weitgehend auf ein jüngeres Publikum ausgerichtet, wie die beiden Gremlins-Filme und den Film Drop Dead Fred (1991). Ihr Gesicht zierte die Cover von Teenagermagazinen wie Seventeen, Tiger Beat, Teen Beat und andere.
1994 spielte Cates in dem auf Fakten basierenden romantischen Comedy-Drama Princess Caraboo (1994). Dies war auch der letzte Film, in dem sie zusammen mit ihrem Ehemann Kevin die Hauptrolle spielte Kline.
1994 zog sich Cates von der Schauspielerei zurück, um ihre Kinder Owen und Greta großzuziehen.
Im Jahr 2001 beendete Cates kurzzeitig ihren Ruhestand für einen Film, The Anniversary Party (2001), als Gefallen für ihre beste Freundin und ehemalige Fast Times bei Ridgemont High Castmate Jennifer Jason Leigh, die den Film inszenierte.
2015 lieferte Cates die Stimme ihrer Gremlins-Figur Kate Beringer für die Videospiel Lego Dimensions.