Fürstentochter als Verhandlungsmasse
Katharina wurde 1421 als eines von sechs Kindern der Katharina von Braunschweig-Lüneburg (1395-1442) geboren. Ihr Geburtsort ist unbekannt. Ihr Vater, Friedrich I. (1370-1428), seit 1423 sächsischer Kurfürst, starb, als Katharina sechs Jahre alt war.
Die älteren Brüder Friedrich und Siegmund brachten sie ins Klarissen-Kloster Seußlitz bei Meißen. Dort sollte sie, vermutlich als Laienschwester und mit eigenem kleinem Gefolge, bis zu einer möglichen Eheschließung versorgt sein. Im Juni 1439, Katharina war 17 Jahre alt, schlossen die Brüder den Ehevertrag zwischen ihr und Friedrich II. von Brandenburg.
Wegen politischer Spannungen zwischen den Wettinern und den Hohenzollern kam die Ehe jedoch erst zwei Jahre später zustande. Es gab Rivalitäten um Schutzherrschaft und den Gebietsausbau in der Lausitz. Die Vermählung war als Zeichen des Friedens zwischen beiden Häusern geplant. Ob Katharina bis 1441 im Kloster verblieb, wissen wir nicht.
Ihr Ehemann Friedrich war von seinem Vater Friedrich I. ursprünglich für die Eheschließung mit der polnischen Prinzessin Hedwig vorgesehen worden. Deshalb hatte er zehn Jahre am polnischen Königshof gelebt. Als Hedwig starb, mussten die Heiratspläne geändert werden.
Die Eheschließung Katharinas mit Friedrich II. belegt die engen Verbindungen der Wettiner mit den fränkischen bzw. brandenburgischen Hohenzollern in dieser Zeit. Sie ist sie eine von insgesamt vier erfolgreichen Heiratsverbindungen mit den fränkisch-brandenburgischen Hohenzollern zwischen der Mitte des 14. und des 15. Jahrhunderts.
In Wittenberg fand die Hochzeit statt, zu der auch ein Ritterturnier veranstaltet worden ist. Katharina bekam in den Folgejahren zwei Töchter. Ein Sohn scheint jung verstorben zu sein. Sie trat als Mitbegründerin des Schwanenritterordens in Erscheinung. Bereits 1451 ist ihr Lebensmittelpunkt im Cöllner (Berliner) Schloss auszumachen. Nachdem ihr Mann 1470 die Kurfürstenwürde seinem Bruder Albrecht Achilles überließ und ein Jahr darauf starb, schloss sie mit ihrem Schwager einen Vertrag. Darin verzichtete sie auf ihr Wittum gegen die lebenslange Versorgung, Verköstigung und Wohnrecht im Cöllner Stadtschloss unter der Haushaltführung ihres Neffen. Sie starb am 23. August 1476 und wurde still im Kloster Lehnin beigesetzt.