Caterina ebbe buona educazione religiosa e umanistica, unita a una naturale versatilità per le belle arti. A 13 anni chiese di entrare nel monastero delle Canonichesse regolari lateranensi delle Grazie (ove già si trovava la sorella Limbania), ma le fu impedito.
Nel 1463, a 16 anni d'età, dovette sposare il nobile ghibellino Giuliano Adorno, per ragioni politiche dei familiari. Per Caterina non fu un'unione felice, poiché Giuliano era di costumi licenziosi e dilapidatore dei beni patrimoniali. Caterina visse i primi cinque anni di matrimonio in un profondo dolore. Poi, vinta dalle insistenze di parenti e amiche, accettò di partecipare alla vita mondana dei nobili. Poteva farlo agevolmente poiché, oltre la bellezza, possedeva cultura e facilità di conversazione. Durò per cinque anni in questo tenore di vita senza trovare pace e gioia, finché il 20 marzo 1473, accostatasi al sacramento della confessione, ebbe un'illuminazione sull'Amore divino. Non poté concludere la confessione e tornò a casa. Qui ebbe la visione di Gesù che recava sulle spalle la croce. Iniziò da allora un cammino di santità; per quattro anni fu tormentata dal ricordo delle sue colpe che cercò di riparare con la penitenza. Nell'avvento e nella quaresima per 23 anni ebbe come unico alimento l'Eucaristia e un po' d'acqua con sale. Ebbe esperienze mistiche: visioni ed estasi che duravano anche ore intere.
Fu maestra e collaboratrice di Ettore Vernazza nel compimento di opere di carità. Con la sua santità convertì il marito, che accettò di vivere castamente, divenne terziario francescano e aiuto di Caterina nell'assistenza ai malati. Ambedue, lasciati i ricchi palazzi nobiliari, si trasferirono all'Ospedale di Pammatone, nelle stanze di servizio, sotto l'ubbidienza dei Frati Minori. Nel 1489 Caterina ebbe la direzione del Reparto donne "con generale giurisditione direttiva et amministrativa". Nel 1497 Caterina rimase vedova e continuò in Pammatone la sua missione di carità, fino alla morte.
Morì il 15 settembre 1510 e fu sepolta nella chiesa dell'Annunziata di Portoria, detta `di S. Caterina'. La salma fu esumata nel 1512 e trovata intatta. Caterina fu canonizzata da Clemente XII nel 1737.