Filla de Ferran II de Catalunya-Aragó i d'Isabel I de Castella; tingué com a preceptors Antonio i Alessandro Giraldini. El 1502 es casà amb Artur, príncep de Gal·les, que morí el mateix any, i el 1509, amb el germà d’Artur, Enric VIII d’Anglaterra. Fou molt religiosa; tendí a envoltar-se de servidors castellans i protegí humanistes, com Lluís Vives, que li dedicà el seu tractat De institutione feminae christianae (1523) i a qui encarregà d’escriure un pla d’estudis per al preceptor de la seva filla Maria (després, reina Maria Tudor): De ratione studii puerilis (1523). També Erasme li dedicà el tractat Christiani matrimonii institutio (1528). La falta de successió masculina i la passió del rei per Anna Bolena conduïren al divorci al·legant matrimoni entre cunyats: el 1531, el rei es casà i, sense esperar la decisió papal, feu anul·lar el primer matrimoni (1533) per l’arquebisbe de Canterbury Thomas Cranmer, la qual cosa provocà la ruptura amb Roma i fou l’inici del cisme anglicà (anglicanisme). La posició de Caterina fou defensada obertament, entre altres, per Thomas Moro, John Fisher, Lluís Vives i l’erasmista castellà Alonso Enríquez (autor de De Matrimonio reginae Angliae, 1532). Fou reclosa als castells d'Hampthill (1531), Buckden (1533) i Kimbolton (1535), i mai no renuncià al títol de reina.