Nació en Siena (Italia) el 24 de marzo de 1347, penúltima de los veinticinco hijos del tintorero Jácomo Benincasa y de Lapa Piacenti.
A los 7 años, en compañía de su hermano Esteban, en Valle Piatta. levantó sus ojos y vió sobre la torre de la iglesia de Santo Domingo, un trono resplandeciente en el cual estaba nuestro Señor revestido de hábitos pontificales y con tiara, y a sus lados los apóstoles San Pedro, San Pablo y San Juan. La miró el Señor y la bendijo. Visión profética que anunciaba la misión de Catalina en bien del papado. Pronto nació la idea de hacerse Terciaria dominica. Le gustaba sobremanera la vida de los dominicos, empleada en estudiar, orar y predicar. En algún momento incluso pensó en vestirse de niño para entrar como novicio.
Jácomo, su padre, vió un día una blaca paloma que entró donde ella estaba orando y se le puso quieta en la cabeza. Le abrió esto los ojos para ver que su hija era objeto de complacencias divinas y desde entonces prohibió que la molestasen. A los dieciseis años obtuvo el permiso paterno para entrar con las Terciarias. Al verse con el hábito de una Orden de Penitencia, redobló sus mortificaciones que comenzaron desde muy niña. Su abstinencia era asombrosa, su cama, el suelo o una tabla, y usaba cilicio y disciplinas. Continuó socorriendo a los pobres sin descanso, y hasta el mismo Cristo se le presentó un día en la figura de un forastero que le pidió ropa. Después se le aparece como Jesús y le regala un vestido como prenda del que le dará en la gloria.
Tenía frecuentes visiones de Jesús y santos; un día se le presentó Jesús y le dijo: "Puesto que has dejado los placeres y diversiones del mundo por amor a mí, quiero desposarme contigo". Al punto entraron en ese bendito cuarto, la Santísima Virgen, San Juan Evangelista, San Pablo Apóstol, Santo Domingo y el Rey David con su arpa. La Madre de Dios tomó la mano de Catalina y se la presentó a Jesús para que le diera la suya, pidiéndole que se desposara con la Santa. Así lo hizo Jesús, y tomando un anillo se lo puso en el dedo diciéndole: Yo, tu Creador y Salvador te desposo conmigo en la fe; consérvalo puro hasta que celebremos las bodas eternas en el cielo. La ceremonia terminó y el anillo quedó en el dedo para siempre, aunque sólo ella lo veía.
A su casa llegaban justos, pecadores, jávenes, maduros, sacerdotes, religiosos, nobles, sabios, hombres de toda condición en busca de luces y en ruego de ser convertidos. Todos, aún los soberbios o curiosos que iban por probarla, se retiraban seducidos y totalmente cambiados. Le concedió Jesús la gracia de permutar las penas de otros si las asumía ella; así su propio padre fue preservado de ir al purgatorio a cambio de un dolor que sintió Catalina en su costado y que le duró toda la vida. También para su madre, Catalina logró del Señor la gracia de la resurrección, después que ésta murió sin los sacramentos.
Movida de su amor al prójimo, ya fuera en su casa, en hospitales o en donde quiera que se encontrasen, atendía con admirable solicitud a los enfermos, desvalidos y abandonados. Pero a pesar de su caridad con el prójimo, una vez fue calumniada por una hermana terciaria a la que atendía, acusándola con su Priora. El Señor, para alentar a Catalina se le apareció presentándole una corona de oro y piedras preciosas y otra de espinas, diciéndole que escogiera. Contestó ella: Hace tiempo, Señor, que he renunciado a mi voluntad; pero si a mi arbitrio lo dejáis, hecha está mi elección. Y tomando con ambas manos la corona de espinas se la puso en la cabeza con tal fuerza que se le clavaron las espinas por todas partes. El Señor prometió salir en su defensa, y lo hizo haciendo que el cuerpo y rostro de Catalina fuesen luminosos, lo que fue visto por la terciaria enferma, la cual estupefacta por aquella transfiguración, pidió perdón a la santa y contó a los demás que la había calumniado.
Pero las íntimas comunicaciones con Jesús han ido creciendo en número y valor, a tal punto de intercambiar corazones. En adelante Catalina, en vez de decir: "Señor, os encomiendo mi corazón", decía: "Os encomiendo, Jesús mio, vuestro corazón". A menudo, sobretodo cuando comulgaba, veía en las manos del sacerdote un niño recién nacido o un joven hermoso. Le confidenció a su confesor, el Beato Raimundo de Capua, que su alma se hallaba de tal modo embriagada de gozo y felicidad que no veía cómo podía continuar en su cuerpo. También que el amor al prójimo era tanto que moriría de felicidad por alguno de ellos. También le confidenció que durante un éxtasis, recibió las llagas del Señor en sus pies, manos y corazón, pero sin aparecer las cicatrices.
Pero Dios la tenía destinada a una vida de apostolado. Europa era por aquel tiempo un hervidero de naciones y estados en guerra unos con otros. El Papa estaba fuera de Roma, medio vasallo del rey de Francia. Revueltas por todos lados, invasiones turcas. Roma se despoblaba y se pudría abandonada por el Papa. Varias ciudades italianas se guerreaban entre si sin dar paz a sus rencillas. Catalina, mensajera de paz, va de pueblo en pueblo apagando rencores, abuenando y reconciliando enemigos. Habla en plazas públicas, campos, se reune con cardenales. Todos la reciben, autoridades y pueblo bullicioso. Promueve una cruzada para liberar los Santos lugares. Escribe cartas al Papa, cardenales, reyes, príncipes, sabios, monjes, santos o pecadores, en todas ellas manifiesta su celo ferviente por la santa doctrina. Trabajó para que el papa dejase de residir en Francia y volviese a Roma, hasta que lo consiguió. Tres meses después de dejar Aviñón, el papa estaba de vuelta en Roma. Sigue la santa predicando la paz en los estados de Italia. Logra del papa recibir de vuelta a Florencia, desangrada por los odios entre güelfos y gibelinos, y logra que firmen la paz en 1378.
Llena de júbilo se retiró a Siena, donde dictó el "Diálogo sobre la Divina Providencia", que es un canto de amor a Dios. Este escrito más sus cartas y oraciones le valieron el título de "Doctora de la Iglesia".
Devilitada, pero fuerte en la oración por la paz y la unidad de la Iglesia, entregó su espíritu al Señor el 29 de Abril de 1380 a los 33 años. Fue enterrada en la Basílica dominicana de Santa María sopra Minerva.
El Papa Pío II la canonizó el 29 de abril de 1461. En 1939 fue declarada patrona de Italia junto con San Francisco de Asís, y el 4 de Octubre de 1970 el Papa Pablo VI la proclamó Doctora de la Iglesia junto con Santa Teresa de Jesús.
