María Catalina Farnesio (18 de febrero de 1615 - 25 de julio de 1646) fue miembro de la Casa Ducal de Farnesio . Fue duquesa de Módena como primera esposa de Francisco I de Este, duque de Módena . En algunas fuentes se la conoce simplemente como María Farnesio .
Nacida en Parma, hijo de Ranuccio I Farnese, duque de Parma, y su esposa, Donna Margherita Aldobrandini , fue la sexta hija y la segunda niña de la pareja.
Su hermano mayor, Odoardo Farnese , fue más tarde duque de Parma . Su madre fue Margherita Aldobrandini , hija de Gianfrancesco y Olimpia Aldobrandini, quien a su vez era miembro de la Casa de Aldobrandini de Roma y la única heredera de la fortuna familiar.
Estaba comprometida con Francesco I d'Este, duque de Módena , hijo del difunto Alfonso III d'Este, duque de Módena y de la princesa Isabel de Saboya .
Se casó con Francesco el 11 de enero de 1631 en Parma ; el matrimonio produjo nueve hijos, tres de los cuales tuvieron descendencia.
Murió en julio de 1646, tras haber dado a luz a un hijo. Murió en el Palacio Ducal de Sassuolo , en las afueras de Módena, residencia de verano de los duques de Módena.
Su sobrino Ranuccio II Farnese, duque de Parma, se casó con dos hijas de María Catalina, Isabel en 1664 y María en 1668. Isabel murió en el parto como su madre. Su marido se casó dos veces más, primero con su hermana Vittoria Farnese en 1648 y luego con Lucrezia Barberini, madre de Rinaldo d'Este, duque de Módena .