Katherine av Valois var yngste datter og tiende barnet til Karl VI av Frankrike og Isabella av Bayern. Hun hadde 11 søsken, men ikke alle overlevde barndommen, og minst en halvsøster født utenfor ekteskap. Katherines eldre søster Isabella ble dronning av England før henne som barnebrud av Rikard II av England. Katherine ble født i det kongelige palass Hôtel Saint-Pol i Paris den 27. oktober 1401. Svært tidlig ble det diskutert hvordan kunne få giftet henne bort, og kandidat var prins av Wales, sønn av Henrik IV av England, men kongen døde før forhandlingene kunne begynte. I 1414 åpnet prinsen selv, nå Henrik V av England, selv diskusjonen for denne foreningen, sammen med en stor medgift og anerkjennelse av sin rett til den franske tronen.