Katarina ble født i Hertford Castle, hennes far John av Gaunts fremste landelige hjem i 1373. Hun har blitt beskrevet som med lys hud, blå øyne, og en hårfarge som var mellom rødaktig blond og kastanjebrun. Hennes far var tredje overlevende sønn av kong Edvard III av England og hans dronning Philippa av Hainault. Hennes mor var Constance av Castilla, datter av kong Peter I av Castilla og María de Padilla. Constance var den eldste datteren og fremste arving da Peter hadde ingen sønn. Peter ble myrdet av sin halvbror Henrik II av Castilla, en illegitim sønn av kong Alfonso XI av Castilla og hans elskerinne Eleanor de Guzmán, som deretter tok tronen. Henrik II døde i 1379 og ble da etterfulgt av sin sønn Johan I av Castilla.