Nació en Siena el día de la Fiesta de la Anunciación. A los seis años tuvo una extraordinaria experiencia mística que definió su vocación, entregándose enteramente a Cristo.
Siendo muy joven y con cierta dificultad, logró hacerse terciaria de la Orden de Santo Domingo, donde pese a las consolaciones y visiones, tuvo que vencer pruebas muy duras.
Por revelación divina, la Santa salió a trabajar por la salvación del prójimo, asistiendo a los enfermos en los hospitales, especialmente a aquellos que padecían enfermedades repugnantes como la lepra.
Poco a poco reunió a un grupo de amigos y discípulos, formando una "gran familia" , de tal modo que durante la epidemia de la peste, asistieron a casi todos los enfermos de la ciudad.
La caridad de la Santa también se extendía a los condenados a muerte, a quienes ayudaba a encontrar a Dios.
Santa Catalina fungió exitosamente como moderadora entre la Santa Sede y Florencia, pues ésta había creado una liga contra el Vaticano. Finalmente, se llegó a la reconciliación bajo el Papa Urbano VI.
Santa Catalina volvió entonces a Siena, donde empezó a escribir su famosa obra mística, "Diálogo de Santa Catalina".
Pero, paralelamente, la salud de la Santa empeoraba, obligándola a soportar grandes sufrimientos.
Dos años después del fin del cautiverio de los Papas en Aviñón, estalló el escándalo del gran cisma, por lo que Santa Catalina se estableció en Roma.
Allí luchó infatigablemente con oraciones, exhortaciones y cartas, para ganar nuevos partidarios al Papa legítimo.
Sin embargo, la vida de la Santa tocaba a su fin, y en 1380, el 21 de abril, un ataque de apoplejía la dejó semiparalítica. Ocho días más tarde, murió a los 33 años de edad.