พระบิดาของพระนางแคทเธอรีนมีพระนามว่า คริสทีอัน เอากุสท์ เจ้าชายแห่งอันฮัลท์-แซบสท์ ซึ่งเป็นเชื้อพระวงศ์ที่ปกครองอันฮัลท์ แต่รับราชการในปรัสเซียเพียงแค่ผู้ว่าราชการแห่งชเตทติน (ปัจจุบัน: ชเกซช์ชิน, สาธารณรัฐโปแลนด์) ประสูติในพระนาม โซฟี เอากุสเทอ ฟรีเดอรีเคอ มีพระนามเล่นว่า ไฟจ์เคิน ที่เมืองชเตทติน มณฑลพอเมอราเนีย พระญาติองค์ใหญ่สองพระองค์แรกของเจ้าหญิงโซฟีได้ขึ้นเป็นพระมหากษัตริย์แห่งสวีเดน: พระเจ้ากุสตาฟที่ 3 แห่งสวีเดนและสมเด็จพระราชาธิบดีคาร์ลที่ 13 สอดคล้องกับช่วงเวลาเดียวที่ราชวงศ์ของพระนางก้าวขึ้นเป็นราชวงศ์ปกครองเยอรมนี พระนางทรงได้รับการศึกษาส่วนมากจากข้าราชสำนักหญิงชาวฝรั่งเศสและจากอาจารย์ผู้สอนพิเศษ พระชนม์ชีพในวัยเยาว์ไม่ทรงประสบกับเหตุการณ์สำคัญใดดังเช่นที่ครั้งหนึ่งทรงเคยเขียนถึงผู้เขียนข่าวส่วนพระองค์นามว่าบารอนกริมม์ ว่า "เราไม่เห็นสิ่งใดอันเป็นที่น่าสนใจเลย"[1] ซึ่งแม้ว่าพระนางจะประสูติในฐานะเจ้าหญิง แต่ราชตระกูลของพระนางกลับมีทรัพย์สินและบริวารน้อย และการที่พระนางก้าวขึ้นสู่อำนาจต่างๆ ก็ด้วยความสัมพันธ์ระหว่างพระมารดากับเหล่าสมาชิกในพระบรมวงศานุวงศ์ผู้มั่งคั่ง[2][3]

การสมรสขึ้นเป็นชายาของพระญาติลำดับที่สองอย่าง เจ้าชายปีเตอร์แห่งฮ็อลชไตน์-ก็อททร็อร์พ ผู้ซึ่งต่อมาขึ้นเสวยราชย์เป็นจักรพรรดิ เป็นผลมาจากการจัดการด้านการทูตที่ซึ่ง ฌ็อง อาร์ม็อง เดอ เลสตอคก์, พระจักรพรรดินีนาถเอลิซาเบธแห่งรัสเซีย พระปิตุจฉาของเจ้าชายปีเตอร์ และพระเจ้าฟรีดริชที่ 2 แห่งปรัสเซีย มีส่วนเกี่ยวข้อง เลสตอคก์และพระเจ้าฟรีดริชมีประสงค์ร่วมกันในการเสริมสร้างสัมพันธไมตรีระหว่างปรัสเซียและรัสเซีย และขัดขวางอิทธิพลของราชวงศ์ฮับส์บูร์กออสเตรียและการบ่อนทำลายมุขมนตรีคนสนิทของพระจักรพรรดินีนาถเอลิซาเบท ในงานทรงพระอักษรของเจ้าหญิงโซฟีอ้างว่าการพบกันครั้งแรกของพระนางและเจ้าชายปีเตอร์เกิดขึ้นเมื่อพระนางมีพระชันษาสิบพรรษา ระหว่างทรงพบปะกัน พระนางกล่าวว่าปีเตอร์เป็นที่น่ารังเกียจและน่าชิงชัง ทรงไม่โปรดผิวพรรณอันซีดเผือกและความชื่นชอบในเครื่องดื่มมึนเมาตั้งแต่ทรงพระเยาว์ของปีเตอร์[4]

ต่อมาอุบายทางการทูตล้มเหลว ส่วนมากเป็นผลมาจากการเข้าแทรกแซงโดยพระมารดาของเจ้าหญิงโซฟีนามว่า โยฮันนา เอลีซาเบทแห่งฮ็อลชไตน์-ก็อททร็อร์พ บัญชีทางประวัติศาสตร์มากมายฉายภาพนางว่าเป็นสตรีที่เยือกเย็นและปากร้ายผู้รักการติฉินนินทาและเล่ห์เหลี่ยมกลอุบายในราชสำนัก ความกระหายในชื่อเสียงเกียรติภูมิของโยฮันนาถูกรวบรวมไว้ในโอกาสในการขึ้นเป็นจักรพรรดินีรัสเซียของเจ้าหญิงโซฟีผู้เป็นธิดา แต่นางเป็นผู้ทำให้พระนางเจ้าเอลิซาเบทฉุนเฉียวจนในที่สุดกีดกันนางออกจากจักรวรรดิรัสเซีย ฐานที่นางเป็นสายสืบให้แก่พระเจ้าฟรีดริชที่ 2 แห่งปรัสเซีย ด้านพระนางเจ้าเอลิซาเบททรงรู้จักมักคุ้นกับราชตระกูลของโซฟีเป็นอย่างดี: พระนางเคยหมั้นหมายให้เสกสมรสกับอนุชาของโยฮันนานามว่า คาร์ลส์ เอากุสตุส แกรนด์ดยุกแห่งแซ็กซ์-ไวมาร์-ไอเซ็นนาค (คาร์ล เอากุสต์ ฟอน ฮ็อลชไตน์) ผู้ซึ่งสิ้นพระชนม์ลงจากฝีดาษในปี ค.ศ. 1727 ก่อนการเสกสมรสจะเกิดขึ้น กระนั้นพระนางเจ้าเอลิซาเบทก็ยังทรงโปรดปรานเจ้าหญิงโซฟีเป็นอย่างมาก เนื่องจากการที่เจ้าหญิงเสด็จมาถึงรัสเซียโดยปราศจากความประจบสอพลอและความกระหายเกียรติภูมิ ไม่เพียงแต่กับพระจักรพรรดินีนาถเอลิซาเบธ แต่รวมถึงกับพระสวามีของตนและประชาชนชาวรัสเซียอีกด้วย เจ้าหญิงทรงเข้ารับการศึกษาภาษารัสเซียด้วยความกระตือรือร้นอย่างมาก ถึงขนาดที่ทรงลุกจากพระบรรทมในยามวิกาลแล้วเสด็จดำเนินรอบห้องบรรทมด้วยพระบาทเปล่าเปลือยขณะทรงทบทวนบทเรียนที่ทรงได้รับไปมา (แม้จะทรงเชี่ยวชาญในภาษารัสเซียแล้ว แต่ก็ยังทรงฝึกฝนสำเนียงของพระนางเองด้วย) จนนำไปสู่พระอาการประชวรจากโรคปอดบวมในเดือนมีนาคม ค.ศ. 1744 ในบันทึกความทรงจำส่วนพระองค์กล่าวว่าทรงเตรียมพระทัยไว้แต่หนก่อนจะถึงรัสเซียแล้วว่าจะทรงทำทุกอย่างที่จำเป็น และทรงยอมรับที่จะเชื่อในสิ่งใดก็ตามที่ทรงต้องเชื่อ เพื่อที่จะขึ้นสวมมงกุฏแห่งราชวงศ์รัสเซียได้อย่างสมพระเกียรติ

พระบิดาของเจ้าหญิงทรงศรัทธาในนิกายลูเทอแรนของเยอรมัน จึงทรงต่อต้านการเปลี่ยนไปเข้ารีตนิกายอีสเติร์นออร์โธด็อกซ์ของธิดา แม้จะมีเสียงคัดค้านจากผู้เป็นพระบิดา แต่ในวันที่ 28 มิถุนายน ค.ศ. 1744 ทางโบสถ์ออร์โธด็อกซ์รัสเซียก็ได้รับเอาเจ้าหญิงโซเฟียเข้ารีตด้วยพระนามใหม่ว่า แคทเธอรีน (เยกาเจรีนา หรือ อีกาเจรีนา) และชื่อที่ตั้งตามบิดาใหม่ว่า "อะเล็กซีเยฟนา" (รัสเซีย: Алексеевна; ธิดาผู้ประสูติแด่อะเล็กซีย์) วันถัดมาพระราชพิธีหมั้นอย่างเป็นทางการก็เกิดขึ้น ในที่สุดแผนการเสกสมรสระหว่างราชวงศ์อันยาวนานก็เกิดขึ้นในวันที่ 21 สิงหาคม ค.ศ. 1745 ณ เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ในช่วงที่เจ้าหญิงโซฟีมีพระชนมายุครบสิบหกพรรษา ด้านพระบิดามิได้เสด็จมายังรัสเซียเพื่อร่วมพระราชพิธี เจ้าบ่าวผู้ซึ่งในขณะนั้นมีนามว่าเจ้าชายปีเตอร์แห่งฮ็อลชไตน์-ก็อททร็อร์พ ได้รับการสถาปนาขึ้นเป็นดยุคแห่งฮ็อลชไตน์-ก็อททร็อร์พ (ปัจจุบันตั้งอยู่ในภาคตะวันตกเฉียงเหนือของเยอรมนีใกล้กับพรมแดนเดนมาร์ก) ในปี ค.ศ. 1739

ในตอนที่พระนางระลึกถึงตนเองในความทรงจำ ทันทีที่เสด็จถึงรัสเซียพระนางประชวรด้วยโรคเยื่อหุ้มปอดอักเสบซึ่งเกือบจะทำให้พระนางสิ้นพระชนม์ ทรงดำริว่าการรอดพระชนม์ครั้งนี้ทรงเป็นหนี้บุญคุณของการถ่ายพระโลหิตอย่างสม่ำเสมอ ในหนึ่งวันทรงทำการถ่ายพระโลหิตถึงสี่ครั้งด้วยกัน พระมารดาของพระนางผู้ซึ่งต่อต้านวิธีการรักษาเช่นนี้กลายเป็นผู้ที่พระจักรพรรดินีนาถไม่โปรดปราน ในช่วงที่พระอาการประชวรของเจ้าหญิงทรุดหนักจนดูน่าสิ้นหวัง พระมารดาก็ทรงประสงค์จะให้เจ้าหญิงเข้าสารภาพบาปกับพระในนิกายลูเทอแรน หากแต่อย่างไรก็ตามเจ้าหญิงทรงตื่นขึ้นจากพระอาการหมดสติและดำริว่า "เราไม่ต้องการพระลูเทอแรนใด, เราต้องการพระบิดาออร์โธด็อกซ์ของเรา" และเหตุการณ์นี้ก็ได้ยกระดับพระสถานะของเจ้าหญิงในพระราชหฤทัยของจักรพรรดินีนาถ

คู่เสกสมรสใหม่เข้าพำนักในพระราชวัง ณ พระราชวังอารานีเยนบาม ซึ่งกลายเป็นรโหฐานสำหรับ "เยาวราชนิกุล" ทั้งสองสืบเนื่องต่อมาหลายปี

เคาท์อันเดร ซูวาลอฟ มหาดเล็กส่วนพระองค์ของพระนางแคทเธอรีน ผู้ซึ่งรู้จักมักคุ้นกับเจมส์ บอสเวลล์ พนักงานจดบันทึกส่วนพระองค์เป็นอย่างดี และบอสเวลล์รายงานว่าซูวาลอฟเป็นผู้ให้ข้อมูลลับเกี่ยวกับกิจการภายในราชสำนัก มีข่าวลือหลุดออกมาเช่นว่าเจ้าชายปีเตอร์ทรงได้รับการปรนนิบัติจากโสเภณีชั้นสูงนางหนึ่ง (เยลิซาเวตา วอรอนสวา) ในขณะที่เจ้าหญิงแคทเธอรีนมีพระสัมพันธ์แนบชิดกับเซอร์กี ซัลตีคอฟ, กรีกอรี กรีกอร์เยวิช ออร์ลอฟ (ค.ศ. 1734 - 1783), สตาญิสวัฟ เอากุสตุส ปอญาตอฟสกี, อะเล็กซานเดอร์ วาซิลกิคอฟ และอื่นๆ เจ้าหญิงมีพระสหายใหม่เป็นเจ้าหญิงเยกาเจรีนา โรมานอฟนา วารอนสวา-ดัชโกวา ผู้ซึ่งเป็นน้องสาวของเยลิซาเวตา วอรอนสวา เยกาเจรีนาได้นำพาเจ้าหญิงเข้าสู่กลุ่มอำนาจทางการเมืองซึ่งอยู่ฝ่ายตรงข้ามกับเจ้าชายปีเตอร์หลากหลายกลุ่ม พระจริยวัตรของปีเตอร์ที่หุนหันพลันแล่นชวนให้รู้สึกเหลืออดเหลือทนสำหรับผู้ที่พำนักอยู่ในพระราชวัง ปีเตอร์ทรงประกาศว่าจะฝึกซ้อมเหล่าข้าราชบริพารชายในช่วงเช้า ก่อนที่จะทรงประสงค์ให้เข้าร่วมการเต้นรำร้องเพลงในห้องส่วนพระองค์ของเจ้าหญิงแคทเธอรีนในยามวิกาล[5] ต่อมาเจ้าหญิงแคทเธอรีนทรงให้ประสูติกาลแก่พระธิดาองค์ที่สองนามว่าอันนา แต่พระธิดาองค์น้อยกลับมีพระชนม์ชีพต่อมาได้เพียงสี่เดือนก็สิ้นพระชนม์ลงในปี ค.ศ. 1759 สืบเนื่องจากข่าวลือของเจ้าหญิงกับบุรุษมากมาย เจ้าชายปีเตอร์ถูกชักนำให้ทรงเชื่อว่าพระองค์มิใช่พระบิดาที่แท้จริงของอันนา และได้ทรงประกาศไว้ว่าจะมิทรงรับอันนาว่าเป็นเชื้อพระโลหิตของพระองค์ เจ้าหญิงทรงกล่าวปฏิเสธข้อกล่าวหาของปีเตอร์อย่างโกรธกริ้วว่า "จงไปสู่ขุมมารนรกเถิด!" ด้วยเหตุนี้พระนางจึงทรงใช้เวลาส่วนมากประทับอยู่แต่ในห้องส่วนพระองค์เพื่อหลีกหนีจากท่าทางขูดลอกของเจ้าชายปีเตอร์และกลยุทธย์ด้านพิชัยสงครามอันย่ำแย่[6]

ช่วงเวลาก่อนที่พระนางจะขึ้นเสวยราชบัลลังก์รัสเซีย พระนางมีดำริไว้ว่า "ความสุขและความทุกข์ล้วนแล้วแต่สถิตย์อยู่ในหทัยของพวกเราทุกผู้ทุกคน: หากเจ้ารู้สึกเป็นทุกข์ จงละตัวเจ้าไว้เหนือความทุกข์นั้น และทำตนราวกับว่าความสุขของเจ้ามิได้ขึ้นอยู่กับเพียงสิ่งใดสิ่งหนึ่ง"[7]