Po zakończeniu kariery modelki, a następnie tańca, Cates postanowiła zacząć grać. Chociaż jej ojciec zajmował się show-biznesem, nie był entuzjastycznie nastawiony do nowej kariery swojej córki.
Cates zadebiutowała jako aktor w Paradise (1982), który był kręcony w Izraelu od marca do maja 1981 roku. W filmie wykonała kilka pełnoetapowych scen aktowych, będąc jeszcze nieletnią (17 lat). Film miał fabułę podobną do Błękitnej Laguny (1980). Śpiewała także główną piosenkę do filmu i nagrała album to samo imię. W wywiadzie z 1982 roku wspominała, że miała kłopoty ze zmianą kariery, ponieważ jako modelka musiała być świadoma kamery, podczas gdy przed kamerą nie mogła. Cates później żałował, że był w filmie: „Nauczyłem się, że nigdy więcej nie zrobię takiego filmu”. Według jej współpracownika Williego Aamesa: „Ona nie będzie miała nic wspólnego z filmem. Jest naprawdę zdenerwowana tym filmem. Nie zrobiła ze mną żadnej promocji.
Później, w 1982 roku, Cates zagrała w Fast Times w Ridgemont High (1982), w którym znalazła się to, co Rolling Stone określiła jako „najbardziej zapadające w pamięć w historii kina ”. Cytowano ją, mówiąc, że najfajniejsze było kręcenie tego filmu.
W następnym roku, w 1983, Cates wystąpiła w komedii Private School (1983), w której zagrali Matthew Modine i Betsy Russell , dla którego zaśpiewała w dwóch piosenkach ze ścieżki dźwiękowej filmu, „Just One Touch” i „How Do I Let You Know”.
W 1984 roku Cates zagrała w telewizyjnym miniserialu Lace , oparta na powieści napisanej przez Shirley Conran. Wcieliła się w rolę Lili, aby „uciec od podobieństwa w swoich filmowych portretach”. Podczas przesłuchania tak zaimponowała pisarce, że chciał ją zatrudnić tam i wtedy. Cates zmagała się z rolą zgorzkniałej gwiazdy filmowej, ponieważ pomimo okrutnej osobowości jej bohaterki, zamierzała wzbudzić w widzach współczucie. Nie czytała powieści Conrana, na podstawie której powstał film, bo nie chciała mieć „utrwalonego obrazu”. Jej najbardziej znana kwestia w filmie „Która z was suki jest moją matką?”, został uznany za najlepszą linię w historii telewizji przez TV Guide w 1993 roku.
W 1985 roku Cates pojawił się poza Broadwayem w Rich Relations, napisanym przez Davida Henryego Hwanga, w Second Stage Theatre.
Późniejsze role filmowe dla Cates były skromniejsze iw dużej mierze zorientowane na młodszą widownię, na przykład w dwóch filmach o Gremlinach i filmie Drop Dead Fred (1991). Jej twarz zdobiła okładki magazynów dla nastolatków, takich jak Seventeen, Tiger Beat, Teen Beat i inni.
W 1994 roku Cates zagrała w opartym na faktach romantycznym dramacie komediowym Princess Caraboo (1994). Był to również ostatni film, w którym zagrała wraz ze swoim mężem, Kevinem Kline.
W 1994 roku Cates odeszła na emeryturę, aby wychować swoje dzieci, Owena i Gretę.
W 2001 roku Cates na krótko zakończyła emeryturę, oglądając jeden film, The Anniversary Party (2001), jako przysługa dla jej najlepszej przyjaciółki i byłej koleżanki z obsady Ridgemont High Jennifer Jason Leigh, która wyreżyserowała film.
W 2015 roku Cates udzieliła głosu swojej Gremlinowej postaci Kate Beringer w filmie gra wideo Lego Dimensions.