利·格雷和弗朗西斯·布兰登第二个成活的女儿，简·格雷的妹妹，玛丽·格雷的姐姐。而她的外祖父母则是第一代萨福克公爵查尔斯·布兰登和玛丽·都铎。因为外祖母的关系，格雷姐妹有近位的王位继承权，仅次于亨利八世的三个子女玛丽、伊丽莎白和爱德华及亨利八世的姐姐玛格丽特的后裔，玛格丽特后裔的王位继承权在1542年后得到玛格丽特孙女苏格兰女王玛丽的代表。但亨利八世排除了玛格丽特的苏格兰后裔的王位继承权，使得格雷姐妹的继承权仅次于其亲生子女。
初婚.1552年8月前，凯瑟琳·格雷被订婚给第一代彭