Byla druhou dcerou infanta Eduarda Portugalského, vévody z Guimarães (šestý syn krále Manuela I. Portugalského) a Isabely Braganzské. Vdala se za Jana I., vévodu z Braganzy, potomka dřívějších portugalských panovníků a hlavu z nejdůležitějších šlechtických rodů v Portugalsku. Vévodkyně měla několik dětí, z nichž Theodosius II., vévoda z Braganzy byl nejstarší ze synů. Když roku 1580 zemřel král Jindřich, Eduardovou záležitostí bylo to že byl jediným legitimním dědicem krále Manuela I. Vzhledem k tomu že mužská linie byla důležitější než ta ženská a dalšími potomky krále byly dcery.
Podle této zásady by byl v první řadě na trůn Kateřinin synovec Ranuccio I. Farnese, vévoda z Parmy, jako jedenáctiletý chlapec byl dědicem své starší sestry Marie z Guimarães.
Kateřina se vdala za vévodu z Braganzy Jana, který byl vnukem Jakuba, vévody z Braganzy legitimního dědice Portugalska. Vévodčin syn Theodosius, by byl královský dědic a následník trůnu.
Tvrzení vévodkyně bylo silné, a bylo posíleno postavení jejího manžela jako jednoho z legitimních nástupců; takže měli oba nárok držet královský majestát. Její tvrzení bylo posíleno skutečností že žila v Portugalsku. Portugalsko však ještě nemělo obecně uznanou vládnoucí královnu, ale vybírali se spíš muži.
Filip II. Španělský zkusil podplatit muže Kateřiny, aby opustil nároky jeho manželky za to že mu předá titul vicekrále Brazílie a post velmistra Kristova řádu, licenci aby ročně posílal osobní loď do Indie a manželství s jednou dcerou Diega Felixe Habsburského, knížete Asturijského. Vévoda z Braganzy byl ovlivněn manželkou a návrh odmítl.
Vévodkyně selhala v boji: nejsilnějším žadatelem byl její bratranec Filip II. který chtěl sjednotit Portugalsko se španělským královstvím pod jeho nadvládou.
Roku 1583 zemřel její manžel a žila jako vdova pod vládou svého kastilského bratrance.
* také infantka španělská a arcivévodkyně rakouská ** také císařská princezna brazilská *** také princezna sasko-kobursko-gothajská, vévodkyně saská ◙ také princezna z Braganzy ¤ titul odebrán v roce 1920, protože manželství jejích rodičů bylo považováno za nedynastické ƒ prohlašuje se za infantku