KT Tunstall demostró su ingenio musical y su cálida presencia en el escenario durante una aparición televisiva decisiva. Esa exposición ayudó a que su brillante álbum debut de 2004, Eye to the Telescope —nominado al Premio Mercury—, llegara a las listas internacionales. Con el tiempo, incorporó texturas rockeras más marcadas en Drastic Fantastic (2007) y una producción con sintetizadores en capas en Tiger Suit (2010), aunque su talento para crear estribillos memorables siguió siendo el eje central de cada lanzamiento. Tras Invisible Empire/Crescent Moon (2013), un álbum reflexivo con inclinaciones folk, lanzó una trilogía de varios años que explora el alma, el cuerpo y la mente con KIN (2016), WAX (2018) y NUT (2022).

Hija de madre chino-escocesa y adoptada al nacer por un profesor universitario y su esposa, maestra de primaria, en St. Andrews, Tunstall creció en un hogar que fomentaba la imaginación. Su padre, físico, solía llevarla a ella y a sus hermanos al observatorio local, lo que despertó en ella una temprana fascinación por el espacio y la ciencia ficción. La música cobró importancia después de que su hermano le presentara el hair metal; poco después, Hunky Dory de David Bowie se convirtió en su álbum favorito, ya que su sensibilidad cósmica resonaba con sus propios intereses. Comenzó a tocar el piano y la flauta, estudió canto escuchando a Ella Fitzgerald y empezó a componer canciones originales a mediados de su adolescencia. A los dieciséis años aprendió a tocar la guitarra por su cuenta y comenzó a escribir sentidas canciones de amor. Una beca para la Kent School, una academia preparatoria privada en Connecticut, la expuso a nuevos entornos; allí formó su primera banda, los Happy Campers, y asistió a conciertos de 10,000 Maniacs y los Grateful Dead. Más tarde se inscribió en un programa de música en el Royal Holloway College de Londres, luego regresó a Escocia y se sumergió en la escena independiente que dio origen al Fence Collective y a la Beta Band. Por esa época se empapó de la obra de Billie Holiday, Lou Reed y James Brown, entre otros, y formó un grupo con Pip Dylan, miembro del Fence Collective.

Años más tarde, Tunstall regresó a Londres y compuso muchas de las canciones que aparecerían en su álbum debut. Se metió en un estudio remoto de Wiltshire llevando solo unos pocos instrumentos, con Steve Osborne (U2, New Order) como productor. El resultado fue su primer álbum, lleno de ingenuidad, Eye to the Telescope, publicado en el Reino Unido por Relentless a finales de 2004. Su voz llena de alma, su actitud enérgica y su composición con los pies en la tierra le valieron comparaciones con Dido, Fiona Apple y Katie Melua. Tras el lanzamiento, realizó una gira por Europa como telonera de Joss Stone y actuó junto a Oi Va Voi. Al sentir que los sets acústicos en solitario a veces le resultaban limitantes, comenzó a usar un pedal Akai Headrush para reproducir en bucle frases grabadas en vivo, convirtiéndose así, en la práctica, en su propia banda de acompañamiento de una sola mujer. Esta técnica característica resultó decisiva cuando su interpretación de «Black Horse and the Cherry Tree» en el programa Later… with Jools Holland se convirtió en el momento de su gran salto a la fama que le abrió puertas a nivel internacional.

La atención generada impulsó una reedición de Eye to the Telescope en el Reino Unido, aunque el álbum no llegó a Estados Unidos hasta 2006. Además de ganar el premio a la Mejor Artista Solista Femenina Británica en los Brit Awards, recibió nominaciones al Premio Mercury y a los Grammy. Los sencillos «Black Horse & the Cherry Tree» y «Suddenly I See» tuvieron un gran desempeño en las emisoras de radio estadounidenses de música alternativa para adultos, y el disco finalmente fue certificado como multiplatino, vendiendo millones en todo el mundo. Ese otoño salió a la venta Acoustic Extravaganza de KT Tunstall, que incluía versiones acústicas recién grabadas de material antiguo y nuevo, además de un DVD extra con el «making of».

En 2007 inició otro ciclo discográfico con su segundo álbum de estudio, Drastic Fantastic, que incluía «Hold On» y «If Only». El álbum alcanzó el tercer lugar en la lista del Reino Unido y subió al noveno lugar en el Billboard 200, su mejor posición en Estados Unidos hasta ese momento. Tres años más tarde regresó con Tiger Suit, un álbum de estilo pop grabado en los históricos estudios Hansa de Berlín —las mismas instalaciones donde Bowie grabó Heroes. El álbum introdujo ritmos más funk y texturas de sintetizador prominentes, evidentes en temas como «Lost» y «Glamour Puss». A este le siguió la recopilación en vivo Live in London, March 2011, y más tarde ese mismo año lanzó el EP The Scarlet Tulip, grabado en su estudio casero y coproducido con Luke Bullen.

Tras alejarse de las giras, Tunstall volvió al estudio a finales de 2012 para grabar su quinto álbum, con toques de country y folk, Invisible Empire/Crescent Moon, lanzado en junio de 2013. Este proyecto introspectivo, marcado por la muerte de su papá y el fin de su matrimonio de cuatro años, se caracterizó principalmente por arreglos acústicos y de baja fidelidad, entre los que se encuentran «Made of Glass», con Andrew Bird, y el sencillo principal «Feel It All». Su segundo álbum en vivo, Live Islington Assembly Hall, capturó el concierto del 20 de junio de 2013 e incluyó una versión de «Boys of Summer» de Don Henley, además del tema poco conocido de Scarlet Tulip titulado «Alchemy». Una vez concluida la gira, hizo una pausa en su trabajo como solista para componer canciones para películas como Winter's Tale, Million Dollar Arm, 3 Generations y Bad Moms.

En junio de 2016 lanzó el optimista EP de cuatro canciones Golden State, en el que destaca el sencillo «Evil Eye». Este sirvió como preludio de KIN, lanzado en septiembre, un disco vívido y colorido producido por Tony Hoffer. KIN, la primera entrega de su anunciada trilogía que aborda el alma, el cuerpo y la mente, alcanzó el puesto número siete en la lista del Reino Unido e incluyó «Two Way» con James Bay. El segundo capítulo, WAX, llegó en 2018; su energía física y sus sintetizadores bailables fueron moldeados por el productor Nick McCarthy, de Franz Ferdinand. Mientras promocionaba el álbum, perdió repentinamente toda la audición en su oído izquierdo, un suceso que influiría en sus proyectos posteriores. Tras completar la promoción, mantuvo la línea enérgica en el sencillo de dance electrónico de 2020 «Starlight & Gold», una colaboración con el productor Molella. Más adelante ese mismo año, en medio de la incipiente pandemia de COVID-19, se unió a Grace Savage y a Freelance Hellraiser para el divertido tema «Wash Ya Hands». En noviembre contribuyó con «Hymn to Her» al álbum colectivo Goodnight Songs for Rebel Girls.

El 2021 resultó ser un año especialmente activo. Tunstall lanzó la extensa edición «Drastic Fantastic Ultimate Edition», que incluía caras B como «Bad Day» y una versión de «La Vie en Rose», junto con un disco completo de interpretaciones en vivo y acústicas que incluía versiones favoritas de los fans de «Walk Like an Egyptian» de The Bangles y «Ain't Nobody» de Chaka Khan. También salió a la venta The Tiger Suit (Untamed Edition), que combina el álbum original con demos y grabaciones de sesión realizadas en Hansa. Mientras terminaba la última pieza de la trilogía, colaboró con Alan Cumming en «Caledonia», con Tep No en «Heartbeat Bangs» y con Ilan Eshkeri en la banda sonora de Chasing Wonders. En 2022 continuó con Gilbert O'Sullivan en «Take Love» y con Frank Turner en «Little Life».

Ese año, la trilogía Soul, Body, and Mind se completó con NUT. Con un título tomado de la jerga escocesa para referirse a la mente o el cerebro (y que también evoca la palabra «semilla»), este enérgico álbum presentó los sencillos «Canyons» e «I Am the Pilot».

En agosto de 2023, Tunstall lanzó un álbum de duetos con Suzi Quatro titulado Face to Face. Después de descubrir que eran admiradoras mutuas, un amigo en común las puso en contacto. En noviembre de 2023, se anunció que KT Tunstall participaría en una versión revisada de Clueless, un nuevo musical adaptado de la película de 1995. Se estrenó en el Reino Unido en el Churchill Theatre de Bromley en febrero de 2024, con una partitura original de Tunstall y el letrista Glenn Slater. El musical tiene previsto su estreno en el West End, en el Trafalgar Theatre, en febrero de 2025.

En julio de 2026, Tunstall se presentó en la ceremonia de apertura de los Juegos de la Commonwealth de 2026, interpretando sus sencillos «Black Horse and the Cherry Tree» y «Suddenly I See», así como una versión del cántico «No Scotland, No Party», que se ha convertido en sinónimo de la selección nacional de fútbol de Escocia.