Alex Katz nació en la zona de Sheepshead Bay, Brooklyn, en 1927, y creció en St. Albans, Queens. Empezó a dibujar a una edad temprana con su padre, un hombre de negocios, y supo que quería estudiar arte exclusivamente cuando asistió al instituto Woodrow Wilson, que ofrecía un programa que le permitía dividir el día entre lo académico y las artes.
Aunque su madre, ex actriz, temía que una carrera artística llevara a su hijo a una vida dura, la familia de Alex alentó sus aspiraciones. A su padre también le interesaban las bellas artes y la arquitectura. Muchos de sus amigos eran pintores, y tenían una colección de cuadros abstractos rusos.
Durante sus años de instituto, Katz estudió diseño publicitario, pero disfrutó más haciendo dibujos de moldes antiguos. Visitó el Museo de Arte Moderno por primera vez y recordó haber visto cuadros de Piet Mondrian: "Me gustó mucho Broadway Boogie Woogie. La primera vez que lo vi me pareció absurdo, porque para mí era como el jazz".
En 1945, Katz fue reclutado por las fuerzas armadas y sirvió en la marina durante un año. Con la intención de continuar sus estudios de arte tras su regreso a Nueva York, se presentó al examen de ingreso de la Cooper Union sin expectativas y se sorprendió a sí mismo cuando fue admitido en la escuela. Al principio tuvo problemas con el plan de estudios, ya que comparaba su propio progreso con el de otros estudiantes que se habían graduado en programas preparatorios de arte, pero se sintió más seguro mientras estudiaba con profesores como Morris Kantor, Paul Zucker y Robert Gwathmey. Su creciente interés por la historia del arte y la pintura pronto le desvió de su intención de centrarse en el arte comercial y la ilustración. Sus primeros dibujos de finales de la década de 1940 concuerdan con sus obras posteriores, ya que muestran una inclinación por las formas de contornos marcados y composiciones simplificadas.
En 1949, Katz recibió una beca para estudiar durante el verano en la Skowhegan School of Art de Maine, donde aprendió pintura plein air con Henry Varnum Poor. Pintar al aire libre enseñó a Katz a pintar del natural y a trabajar espontáneamente, lo que dio libertad e inmediatez a su pincelada, cualidades similares a las que admiraba en las composiciones de Jackson Pollock. Sus primeros cuadros representan árboles sobre un fondo lleno de luz, haciendo hincapié en la energía y las sensaciones más que en la representación exacta del paisaje. Estas obras se expusieron en su primera exposición individual en la Galería Roko en 1954, y también en una exposición conjunta con Lois Dodd en la Galería Tanager de la calle 10.
Gracias a estas exposiciones, Katz se introdujo en el ambiente de la calle 10 y conoció la obra de Nell Blaine, Jane Freilicher y Larry Rivers. Impresionado por su estilo figurativo "abierto", Katz comenzó a pintar de forma similar. Uno de sus primeros cuadros figurativos, Cuatro niños (1951), se basaba en una fotografía, pero muestra poca preocupación por la representación realista. El trabajo con las fotografías llevó a Katz a plantearse el desarrollo de un enfoque moderno de la pintura figurativa, que entonces se consideraba anticuada. Con la esperanza de encontrar un equilibrio entre lo tradicional y lo contemporáneo, Katz decidió concentrarse en el retrato y desarrolló su estilo pictórico combinando técnicas tradicionales, su formación modernista y las experiencias con la pintura directa en Skowhegan.
En 1957, Katz conoció a Ada del Moro en la inauguración de una galería. Se casaron al año siguiente, y Ada se convirtió en el tema más frecuente de sus cuadros. Para entonces, Katz había madurado su estilo y pintaba sus retratos de forma fina y deliberada, en oposición directa al enfoque gestual del Action Painting. Pintando tanto en Nueva York como en Maine, sus temas abarcan desde retratos a escenas de ocio veraniegas, pasando por motivos paisajísticos simplificados, y suelen mostrar planitud debido al bloqueo del color y a las ocasionales líneas de contorno visibles. Los collages, iniciados en 1955, acentuaron aún más la distancia entre su propio estilo y el Expresionismo Abstracto al utilizar un formato inesperadamente pequeño y formas cuidadosamente recortadas, como en Ada en el agua (1958). Observando una desconexión en la relación sujeto-fondo, Katz empezó a utilizar recortes para disponer figuras sobre piezas de madera en 1959, un concepto que se convirtió en una serie de "esculturas" planas, o retratos independientes en el espacio real.
Los medios de comunicación y la cultura comercial desempeñaron un papel importante en la obra de Katz de los años sesenta, que se inspiró en el cine, la televisión y la publicidad en vallas publicitarias. Red Smile (1963) es similar a un primer plano de Ada. A principios de la década de 1960, Katz utilizó su talento dramático en diseños de vestuario y decorados para el coreógrafo Paul Taylor, lo que culminó su interés por la música y la danza. Katz también empezó a hacer retratos de grupo, que siguieron dominando su obra durante la década de 1970. Utilizando como modelos a las personas que le rodeaban, estos cuadros dieron lugar a una fascinante historia social de su envejecido círculo de artistas, poetas, escritores y críticos.
En la década de 1980, Katz continuó concentrándose en el retrato y llevó su paisaje en una nueva dirección, más amplia, ejemplificada por los cuadros Black Brook, que describió como "ambientales". El arroyo, un tema al que Katz volvió con frecuencia a lo largo de la década de 1980, se representa como un paisaje nocturno. Prácticamente desprovistas de color, estas obras rozan la abstracción, utilizando pinceladas gruesas y bruscas dentro de sus conocidas zonas de bloques de color. Atraído por las posibilidades del contraste entre la luz y la oscuridad, también se embarcó en una serie de pinturas urbanas nocturnas que crean una atmósfera similar a los paisajes urbanos aislados de Edward Hopper. El logro de Katz fue reconocido por el Museo Whitney de Arte Americano, que montó su primera gran retrospectiva en 1986. A pesar de este éxito, Katz se esforzó por seguir desafiándose artísticamente a través de la exploración de diferentes temas, colores, texturas y efectos de luz.
Katz sigue manteniendo su estudio en el SoHo de Nueva York, en el mismo edificio de la cooperativa de artistas donde vive y trabaja desde 1968.