Por lado paterno, ambas eran nietas del rey Alberto I de Habsburgo, mientras que sus abuelos maternos eran Amadeo V de Saboya y su segunda esposa, María de Brabante.
Ella y su hermana Inés, de 4 años, pasaron a estar bajo el cuidado de sus tíos paternos, Federico el Hermoso y Alberto II de Austria.
A los 18 años, Catalina se casó con su primer marido Enguerrand VI, señor de Coucy, un noble francés.
Su hijo, Enguerrand, sucedió a su padre como señor de Coucy, y luego se casaría con Isabel, la hija mayor del rey Eduardo III de Inglaterra.
El matrimonio sólo duró un año: Conrado falleció a causa de la peste negra el 25 de septiembre de 1349, y Catalina le siguió a la tumba tres días después.