Figlia del re Carlo VI e di Isabella di Baviera, nacque a Parigi il 27 ottobre 1401 presso il Palazzo Saint-Pol. Già poco dopo la sua nascita fu deciso di darla in sposa al giovane Enrico, figlio di Enrico IV d'Inghilterra, ma questi morì prima che le trattative fossero giunte a compimento. Enrico V riprese quindi i negoziati, chiedendo a Carlo una dote assai cospicua; in conseguenza della battaglia egli aveva ottenuto la rivendicazione della Normandia e nel maggio 1420 venne stipulato il Trattato di Troyes. In base all'accordo Enrico ebbe il controllo di Normandia, Aquitania, la mano di Caterina e la promessa che, alla morte di Carlo, egli avrebbe ereditato la corona di Francia. Nell'attesa di avere una risposta Enrico mosse guerra contro la Francia e, dopo la grande vittoria ottenuta con la Battaglia di Azincourt, riprese le trattative matrimoniali. Il 2 giugno 1420 Enrico e Caterina si sposarono nella chiesa di San Giovanni a Troyes; i due tornarono poi in Inghilterra e Caterina venne incoronata regina d'Inghilterra nell'Abbazia di Westminster nel febbraio del 1421. Nel giugno dello stesso anno Enrico tornò in Francia per continuare la sua campagna militare e il 6 dicembre 1421 Caterina partorì il principe Enrico. Ma lui non avrebbe mai conosciuto suo padre, che, durante l'assedio di Meaux, si ammalò e morì il 31 agosto 1422.