Przyszła na świat w roku 1347 w Sienie w rodzinie Lapy i Jakuba Benincasa z zawodu farbiarza. Mieli oni dwadzieścioro pięcioro dzieci, Katarzyna była przedostatnim z nim.
Już będąc dzieckiem miewała wizje, podczas których ukazywała jej się osoba Pana Jezusa. Wtedy też przyrzekła należeć wyłącznie do Niego, a poświadczeniem tej decyzji był ślub czystości, który przyszła święta złożyła w wieku lat siedmiu. Konsekwencją tego postanowienia w późniejszych latach był konflikt, jaki rozgorzał między Katarzyną a jej matką - mając dwanaście lat stanowczo sprzeciwiała się matce, która planowała dla niej zamążpójście. Gdy prośby wobec matki nie odnosiły skutku Katarzyna obcięła włosy i wbrew woli rodziców prowadziła życie pełne pokuty i kontemplacji, pozostając jednak w domu rodzinnym.
Po trzech latach wstąpiła do Sióstr od Pokuty św. Dominika w Sienie; siostry należące do tego zakonu pomimo noszenia habitów i prowadzenia surowego, ascetycznego życia żyły poza klasztorem i wykonywały posługę zakonną wśród ludu. Katarzyna pełniła swoje obowiązki z pełnym poświęceniem, jej dni wypełniały pokuta i troskliwa pomoc, z jaką opiekowała się trędowatymi w szpitalu miejskim. Posługę wobec nich traktowała szczególnie, widząc w chorych osobę samego Chrystusa.
W tym czasie spotkał ją bolesny dramat - została oskarżona o niemoralne prowadzenie się. Niesprawiedliwe oskarżenie nigdy więcej już się nie powtórzyło, a Katarzyna prosząc Boga o cierpienia i pokutę, modliła się by oszczędził jej tego rodzaju boleści.
Począwszy od roku 1370 jej działalność zyskał nowy wymiar. Do kontemplacji dołączyła posługę apostolską: działała wśród wszystkich warstw społecznych pragnąc zgody skłóconych i nawrócenia grzeszników. Przekonała papieża do powrotu z Awinionu do Rzymu.
W 1374 jej działalność wzbudziła podejrzenia florenckich inkwizytorów, zastanawiano się czy jako kobieta ma prawo wtrącać się do działalności papieży i królów. Jednak i z tej próby przyszła święta wyszła zwycięsko.
Kontynuowała swoją pracę. W imieniu Chrystusa, swojego Oblubieńca, pisała listy, w których wzywała do skruchy, nawrócenia i posłuszeństwa Bogu. Adresatami listów byli królowie, rzemieślnicy, duchowieństwo wszystkich szczebli, a nawet pewna nierządnica. 1 Kwietnia 1375 roku otrzymała łaskę upodobnienia się do Chrystusa Ukrzyżowanego- na jej ciele pojawiły się stygmaty związane z Męką Chrystusa w postaci krwawych promieni. Dostępowała też wizji w trakcie których ukazał jej się Chrystus. Jak relacjonowała swojemu spowiednikowi po tych objawieniach nie potrzebowała już ziemskiego pożywienia, które wręcz powodowało u niej cierpienie. Opowiadała, że to Bóg nasyca ją w czasie Mszy Świętej za pośrednictwem Najświętszego Sakramentu i tylko taki pokarm mogła przyjmować.
Św. Katarzyna pozostawiła wspaniałą spuściznę: jej dorobek stanowiło liczne grono uczniów, dla których jak i dla wszystkich Dominikanów na zawsze pozostała "Matką", zostawiła też pisma, wśród nich wybitne dzieło pt. "Dialog".
Zmarła w Rzymie w roku 1380 i tam też jest pochowana w bazylice Santa Maria della Minerwa. Została kanonizowana 14 kwietnia 1461 przez papieża Piusa II, w roku 1970 Paweł VI ogłosił ją doktorem Kościoła. Za sprawą Jana Pawła II 1 października 1999 została uznana współpatronką Europy. W tej uroczystej chwili Jan Paweł II powiedział: "Katarzyna, skromna i nieustraszona tercjarka dominikańska, przywróciła pokój w swej rodzinnej Sienie, we Włoszech i w Europie XIV wieku; nie szczędziła swych sił dla Kościoła, doprowadzając do powrotu Papieża z Awinionu do Rzymu".
Wspomnienie liturgiczne Św. Katarzyny przypada na dzień 29 kwietnia.
