Catherine ontmoette de tsaar al toen ze twaalf was en hij haar vader bezocht. Na de dood van haar vader ging Catharina met haar zuster naar het Smolny-instituut in Sint-Petersburg. Toen ze zestien was bezocht de tsaar de school en was meteen aangetrokken tot Catharina. Hij regelde dat zij hofdame werd van zijn vrouw, die aan tuberculose leed. Hun affaire begon in de zomer van 1866. De tsaar liet Catharina en haar kinderen mettertijd op het Winterpaleis wonen, tot ongenoegen van de keizerlijke familie. Kort na de dood van de tsarina huwde hij met Catharina, hun kinderen konden echter geen aanspraak maken op de troon. Zij kreeg de titel prinses Joerjevskaja.
Na de moord op de tsaar kreeg zij een pensioen van 3,4 miljoen roebel en moest het Winterpaleis verlaten. Ze verhuisde naar Frankrijk waar ze in Parijs en aan de Côte d'Azur ging wonen, waar ze een flamboyant leven leidde. Ze overleefde haar man met 41 jaar en overleed in 1922 net toen haar geld ongeveer op was.
Het leven van de ongekroonde tsarina Catharina is in 1959 verfilmd in de film Katja, met Romy Schneider in de titelrol.