Hän syntyi 1526 Krakovassa, Jagellonien suvun prinsessana — Puolan kuninkaan ja Bona Sforzan tytär, joka kantoi renessanssin Italiaa veressään ja maussaan mukanaan pohjoiseen. Kun hän 1562 avioitui Juhanan, Suomen herttuan, kanssa ja saapui Turkuun, hän toi mukanaan maailman, jota harmaa linna ei ollut koskaan pitänyt sisällään: italialaista taidetta, kirjoja ja musiikkia, katolista ja kosmopoliittista hienostuneisuutta valtakunnan kylmällä reunalla.
Hänen uskollisuutensa oli välitön ja täydellinen. Kun Eerik XIV piiritti ja vangitsi Juhanan 1563, Katariinalle tarjottiin vapaata paluuta Puolaan, mutta hän osoitti vihkisormustaan, johon oli kaiverrettu Nemo nisi mors, "ei mikään paitsi kuolema," ja valitsi vankeuden miehensä rinnalla. Gripsholmassa hän vietti neljä vuotta lukittujen ovien takana miehensä rinnalla, ja siellä, 1566, hän synnytti poikansa Sigismundin: lapsen, joka jonain päivänä kantaisi kahta kruunua, vankina syntyneen.
Kun Juhana otti kruunun 1568, hän nousi tämän kanssa Ruotsin kuningattareksi. Hän kuoli 1583 — ja se unioni, jota hänen avioliittonsa oli aina enteillyt, toteutui: tuo vankilassa syntynyt poika, katoliseksi kasvatettu, kantaisi sekä Puolan että Ruotsin kruunua, italialaisen ja puolalaisen ja ruotsalaisen yhdeksi perijäksi punottuna.