Durante el cautiverio, Catalina tuvo dos hijos, Isabel y Segismundo.

Un tercer descendiente fue Ana, que nació, ya en libertad, en Eskilstuna.

Tras una rebelión contra Erico XIV, Juan se convertiría en rey de Suecia y Catalina en la reina, en 1569.

Como reina de Suecia, Catalina llevó una vida basada en su fuerte apego a la religión católica, considerado en ocasiones como fanatismo, que se materializó en el apoyo que prestó a la propaganda católica en Estocolmo, y a la presencia de los jesuitas en ese país.

La influencia de Catalina en su hijo fue causa de que este se convirtiera en un ferviente católico y fuera rechazado en Suecia por los aristócratas luteranos, lo que daría origen a una larga guerra entre Polonia y Suecia.