จูลิโอ ดิ จูเลียโน เดอ เมดิชิ สมเด็จพระสันตะปาปาคลีเมนต์ที่ 7 โดย เซบาสเตียโน เดล พิออมโบ (Sebastiano del Piombo) ราว ค.ศ. 1531 คลีเมนต์กล่าวว่าการหมั้นหมายระหว่างพระราชินีนาถแคทเธอรีนกับพระเจ้าอองรีที่ 2 เป็น “คู่ที่เหมาะสมกันที่สุดในโลก”[11]อองรีดยุกแห่งออร์เลออง โดย คอร์นีล เดอ ลิออง (Corneille de Lyon) เมื่อยังทรงพระเยาว์ อองรีทรงใช้เป็นเวลาราวสี่ปีครึ่งในฐานะตัวประกันในสเปนซึ่งมึผลกระทบกระเทือนต่อความรู้สึกส่วนพระองค์ตลอดพระชนม์ชีพ[12]

ตามบันทึกของนักพงศาวดารร่วมสมัย พระราชินีนาถแคทเธอรีนประสูติที่เมืองฟลอเรนซ์ (ในประเทศอิตาลีปัจจุบัน) เมื่อเวลา 5:04 นาฬิกาตอนเช้ามืดของวันพุธที่ 13 เมษายน ค.ศ. 1519 พระบิดาและมารดามีความปลาบปลื้มในการกำเนิดของพระองค์ “ราวกับได้ลูกชาย”[13] แต่ความปลาบปลื้มนี้ก็เป็นเพียงระยะสั้นเพราะพระมารดามาเดเลน เดอ ลา ทัวร์มาสิ้นชีวิตลงเพียงสองอาทิตย์หลังจากที่แคทเธอรีนประสูติ เมื่อวันที่ 28 เมษายน ค.ศ. 1519 เมื่ออายุได้เพียง 17 ปี และไม่นานหลังจากนั้นลอเรนโซ เดอ เมดิชิที่ 2 พ่อของแคทเธอรีนก็สิ้นชีวิตลงเมื่อวันที่ 4 พฤษภาคม อาจจะด้วยโรคซิฟิลิส[14] ลอเรนโซและมาเดเลนเพิ่งแต่งงานได้เพียงปีเดียวก่อนหน้านั้นที่อังบัวส์ (Amboise) การแต่งงานของลอเรนโซและมาเดเลนเป็นการแต่งงานที่ช่วยเพิ่มความสัมพันธ์ระหว่างฝรั่งเศสที่นำโดยพระเจ้าฟรองซัวส์ที่ 1 กับอิตาลีที่นำโดยสมเด็จพระสันตะปาปาลีโอที่ 10 ในการเป็นพันธมิตรที่เป็นปฏิปักษ์ต่อจักรวรรดิโรมันอันศักดิ์สิทธิ์ที่นำโดยสมเด็จพระจักรพรรดิแม็กซิมิเลียนที่ 1 หลังจากบิดามารดาของแคทเธอรีนเสียชีวิตพระเจ้าฟรองซัวส์ที่ 1 ก็ทรงขอตัวแคทเธอรีนมาเลี้ยงดูในราชสำนักฝรั่งเศส แต่ขณะนั้นพระสันตะปาปาลีโอที่ 10 มีแผนที่จะให้แคทเธอรีนแต่งงานกับอิพโพลิโต เดอ เมดิชิ (Ippolito de Medici) ผู้เป็นลูกนอกสมรสของพี่ชายของพระองค์ เพื่อจะให้ทั้งสองคนเป็นผู้ปกครองฟลอเรนซ์ต่อไป

ผู้ที่เลี้ยงดูแคทเธอรีนคนแรกคืออัลฟอนซินา ออร์ซินิผู้เป็นยาย หลังจากอัลฟอนซินาเสียชีวิตในปี ค.ศ. 1520 แคทเธอรีนก็ถูกส่งไปให้แคลริส เดอ เมดิชิ (Clarice de' Medici) ผู้เป็นป้าเลี้ยงร่วมกับลูกพี่ลูกน้อง เมื่อพระสันตะปาปาลีโอที่ 10 เสด็จสิ้นพระชนม์ในปี ค.ศ. 1521 ตระกูลเมดิชิก็หมดอำนาจไปชั่วระยะเวลาหนึ่งจนกระทั่งจูลิโอ ดิ จูเลียโน เดอ เมดิชิ ได้รับเลือกให้เป็นสมเด็จพระสันตะปาปาคลีเมนต์ที่ 7 ในปี ค.ศ. 1523 พระสันตะปาปาคลีเมนต์จัดให้แคทเธอรีนย้ายมาอยู่ที่วังเมดิชิ ริคาดิที่ฟลอเรนซ์ ชาวเมืองฟลอเรนซ์ขนานนามแคทเธอรีนว่า “ดัชเชสน้อย” (duchessina) [15]

ในปี ค.ศ. 1527 ตระกูลเมดิชิถูกโค่นจากฟลอเรนซ์โดยฝักฝ่ายที่เป็นปฏิปักษ์ต่อการปกครองโดยคาร์ดินัลซิลวิโอ พาซเซอรินิ (Silvio Passerini) ผู้เป็นตัวแทนของพระสันตะปาปาคลีเมนต์ แคทเธอรีนถูกจับไปเป็นตัวประกันและย้ายไปตามสำนักชีหลายแห่ง[16] พระสันตะปาปาคลีเมนต์ไม่มีทางเลือกนอกจากจะยอมสวมมงกุฎให้ชาลส์เป็นจักรพรรดิแห่งจักรวรรดิโรมันอันศักดิ์สิทธิ์ในพระนามว่าจักรพรรดิชาลส์ที่ 5 เพื่อที่จะให้ช่วยยึดฟลอเรนซ์คืน[17] ในเดือนตุลาคมปี ค.ศ. 1529 กองทัพของจักรพรรดิชาลส์ก็ล้อมเมืองฟลอเรนซ์ เมื่อการล้อมยืดเยื้อไป ผู้คนก็เรียกร้องให้สังหารแคทเธอรีนแล้วเอาตัวประจานบนกำแพงเมือง ทหารที่ขี่ลาเข้าไปในเมืองก็โดนประชาชนเยาะเย้ยถากถาง[18] แต่ในที่สุดฟลอเรนซ์ก็ยอมแพ้เมื่อวันที่ 12 สิงหาคม ค.ศ. 1530 พระสันตะปาปาคลีเมนต์ทรงรียกตัวแคทเธอรีนไปโรมและเริ่มดำเนินการหาสามีที่เหมาะสมให้แคทเธอรีน[19]