Екатерина Брагансская родилась 25 ноября 1638 года в Герцогском дворце Вила-Висоза, как вторая выжившая дочь Жуана IV. После Португальской войны за восстановление 1 декабря 1640 года её отец был провозглашен королем Португалии Жуаном IV. Несмотря на продолжающуюся борьбу его страны с Испанией, Екатерина наслаждалась счастливым и довольным детством в своей жизни. Королева Луиза де Гусман, которая обычно считалась державой трона, была также преданной матерью, которая активно интересовалась образованием своих детей и лично контролировала образование её дочери. Екатерина провела большую часть своей юности в монастыре возле королевского дворца, где она оставалась под присмотром своей матери. У Екатерины была сестра Жуана Брагансская, которая умерла в 1653 году, оставив Екатерину, выжившей старшей дочерью своих родителей. Её муж был выбран Луизой де Гусман, которая действовала в качестве регента своей страны после смерти её мужа в 1656 году.