Na het beëindigen van haar carrière als model en dans, besloot Cates te beginnen met acteren. Hoewel haar vader in de showbusiness zat, was hij niet enthousiast over de nieuwe carrière van zijn dochter.
Cates had haar acteerdebuut in Paradise (1982), dat van maart tot mei 1981 in Israël was opgenomen. In de film speelde ze verschillende full-frontale naaktscènes toen ze nog een minderjarige was (17 jaar). De film had een plot vergelijkbaar met The Blue Lagoon (1980). Ze zong ook het hoofdthema van de film en nam een album op met dezelfde naam. In een interview uit 1982 herinnerde ze zich dat ze problemen had met de verandering van carrière, omdat ze als model zich bewust moest zijn van de camera, terwijl ze dat voor de filmcamera niet kon. Cates had er later spijt van dat hij in de film speelde: “Wat ik leerde was om nooit meer zon film te maken.” Volgens haar co-ster Willie Aames: “Ze wil niets met de film te maken hebben. Ze is er echt boos over. Ze zal “geen enkele promotie bij mij doen.”
Later, in 1982, speelde Cates in Fast Times at Ridgemont High (1982), waarin wat Rolling Stone heeft beschreven als “de meest memorabele bikini-drop in de filmgeschiedenis “. Ze zei dat ze het meeste plezier beleefde aan het filmen van die film.
Het jaar daarop, in 1983, zat Cates in de komedie Private School (1983), waarin Matthew Modine en Betsy Russell samen speelden. , en waarvoor ze zong op twee nummers van de soundtrack van de film, “Just One Touch” en “How Do I Let You Know”.
In 1984 speelde Cates in de tv-miniserie Lace , gebaseerd op een roman die Shirley Conran had geschreven. Ze speelde de rol van Lili “om weg te komen van een gelijkheid in haar filmportretten”. Tijdens haar auditie maakte ze zoveel indruk op de schrijver dat hij haar ter plekke wilde inhuren. Cates worstelde met de vertolking van een bittere filmster omdat ze, ondanks de wrede persoonlijkheid van haar personage, wilde dat het publiek met haar sympathiseerde. Ze las de roman van Conran, waarop de film was gebaseerd, niet omdat ze geen vast beeld wilde hebben. Haar bekendste zin in de film: Welke van jullie teven is mijn moeder?, werd in 1993 door TV Guide uitgeroepen tot de beste lijn in de televisiegeschiedenis.
In 1985 verscheen Cates off-Broadway in Rich Relations, geschreven door David Henry Hwang, in het Second Stage Theatre.
Latere filmrollen voor Cates waren bescheidener en grotendeels gericht op een jonger publiek, zoals de twee Gremlins-films en de film Drop Dead Fred (1991). Haar gezicht sierde de covers van tienertijdschriften zoals Seventeen, Tiger Beat, Teen Beat en anderen.
In 1994 speelde Cates in het op feiten gebaseerde romantische komediedrama Princess Caraboo (1994). Dit was ook de laatste film waarin ze samen met haar man Kevin speelde. Kline.
In 1994 stopte Cates met acteren om haar kinderen, Owen en Greta, groot te brengen.
In 2001 beëindigde Cates haar pensionering kort voor één film, The Anniversary Party (2001), als een gunst voor haar beste vriendin en voormalig Fast Times bij Ridgemont High castmate Jennifer Jason Leigh, die de film regisseerde.
In 2015 verzorgde Cates de stem van haar Gremlins-personage Kate Beringer voor de videogame Lego Dimensions.