Catarina foi a única filha que sobreviveu até a idade adulta do primeiro casamento do rei Carlos IX da Suécia com a condessa Ana Maria do Palatinado-Simmern. A sua personalidade foi descrita nos seguintes termos: "era uma mistura perfeita do poder e sabedoria do pai com a humildade branda da mãe". Quando a sua mãe morreu em 1589, o seu pai voltou a casar-se, desta vez com a duquesa Cristina de Holstein-Gottorp.
Catarina da Suécia
Catarina dava-se bem com a sua madrasta e também se pensa que tivesse uma relação muito boa com os seus meios-irmãos, principalmente com o seu meio-irmão Gustavo Adolfo, o futuro rei, que mostrou várias vezes o afecto que sentia por ela. O seu pai tornou-se regente em 1595 e foi coroado rei em 1607. Em 1611, o seu meio-irmão tornou-se rei. Gustavo Adolfo considerava-a sensível e sensata e Catarina terá sido sua confidente e conselheira em várias ocasiões. A 11 de Junho de 1615, casou-se com o conde palatino João Casimiro de Zweibrücken-Kleeburg e o casal permaneceu na Suécia até 1617, quando partiram para a propriedade do conde na Alemanha. Viveram lá durante cinco anos.
Em 1622, o seu irmão, o rei, preocupou-se com a segurança dela e da sua família quando rebentou a Guerra dos Trinta Anos, por isso pediu-lhes que regressassem à Suécia. Catarina e o marido aceitaram a proposta e passaram a viver no Castelo de Stegeborg na Östergötland. Catarina recebeu o título de condessa de Stegeborg. Foi ela quem tomou conta da princesa Cristina quando os pais dela foram para a Alemanha onde ficaram entre 1631 e 1633 durante a guerra.
Após a morte do irmão, Catarina foi a mãe adoptiva da jovem rainha Cristina depois de a mãe dela não ser responsável o suficiente para educar a filha. Catarina teve custódia oficial de Cristina desde 1636 até 1638, um período que a rainha iria descrever mais tarde como muito feliz.
A Igreja de Catarina em Estocolmo recebeu o nome em sua honra.
