Katarzyna Benincasa urodziła się 25 marca 1347 r. w Sienie (Włochy). Była przedostatnim z dwudziestu pięciu dzieci mieszczańskiej rodziny Jakuba Benincasy i Lapy Piangenti - córki poety Nuccio Piangenti. Przyszła na świat jako bliźniaczka, ale jej siostra, Janina, zaraz po urodzeniu zmarła. Rodzina nie cierpiała biedy, skoro stać ją było na to, by przyjąć do swego grona sierotę po starszym bracie, Tomasza Fonte, który, po wstąpieniu do dominikanów, był pierwszym spowiednikiem Katarzyny.
Katarzyna już jako kilkuletnia dziewczynka była przeniknięta duchem pobożności. Wspierana Bożą łaską w wieku 7 lat (w 1354 r.) złożyła Bogu w ofierze swoje dziewictwo. Kiedy miała 12 lat, doszło po raz pierwszy do konfrontacji z matką, która chciała, by Katarzyna wiodła życie jak wszystkie jej koleżanki, by korzystała z przyjemności, jakich dostarcza młodość. Katarzyna jednak już od wczesnej młodości marzyła o całkowitym oddaniu się Panu Bogu. Dlatego wbrew woli rodziców obcięła sobie włosy i zaczęła prowadzić życie pokutne. Zamierzała najpierw we własnym domu uczynić sobie pustelnię. Kiedy jednak okazało się to niemożliwe, własne serce zamieniła na zakonną celę. Tu była jej Betania, w której spotykała się na słodkiej rozmowie z Boskim Oblubieńcem. Z miłości dla Chrystusa pracowała nad swoim charakterem, okazując się dla wszystkich życzliwą i łagodną, skłonną do usług. W woli rodziców zaczęła upatrywać wolę ukochanego Zbawcy.
Pomimo wielu trudności ze strony rodziny, w 1363 roku wstąpiła do Sióstr od Pokuty św. Dominika (tercjarek dominikańskich) w Sienie i prowadziła tam surowe życie. Modlitwa, pokuta i posługiwanie trędowatym wypełniały jej dni. Jadła skąpo, spała bardzo mało, gdyż żal jej było godzin nie spędzonych na modlitwie. Często biczowała się do krwi. W wieku 20 lat była już osobą w pełni ukształtowaną, wielką mistyczką. Pan Jezus często ją nawiedzał sam lub ze swoją Matką. Pod koniec karnawału 1367 roku, gdy Katarzyna spędzała czas na nocnej modlitwie, Chrystus Pan dokonał z nią mistycznych zaślubin, zostawiając jej jako trwały znak obrączkę. Odtąd Katarzyna stała się posłanką Chrystusa. Przemawiała odtąd i pisała listy w imieniu Chrystusa do najznakomitszych osób ówczesnej Europy, tak duchownych, jak i świeckich. Skupiła ponadto przy sobie spore grono uczniów - elitę Sieny - dla których była duchową mistrzynią i przewodniczką. Wspierana nadzwyczajnymi darami Ducha Świętego i posłuszna Jego natchnieniom, łączyła w swoim życiu głęboką kontemplację tajemnic Bożych w "celi swojego serca" z różnorodną działalnością apostolską. Z jej przemyśleń i duchowych przeżyć zrodziło się zaangażowanie w sprawy Kościoła i świata.
Katarzyna miała wielu wrogów. Uważano za rzecz niespotykaną, by kobieta mogła tak odważnie przemawiać do kapłanów, biskupów, a nawet do papieży w imieniu Chrystusa, ogłaszać się publicznie Jego posłanką. Pod naciskiem opinii wezwano więc przed trybunał inkwizycji do Florencji. Kościelny przewód sądowy odbył się w klasztorze dominikanów przy kościele S. Maria Novella. Było to w samą uroczystość Zesłania Ducha Świętego, 21 maja 1374 roku. Katarzyna miała jednak przy sobie nie tylko oskarżycieli, ale również obrońców. Sąd inkwizycyjny nie dopatrzył się żadnej herezji ani błędu, tak w jej wypowiedziach, jak też w jej pismach.
Zaledwie Katarzyna wróciła do Sieny, miasto nawiedziła dżuma. Katarzyna oddała się posłudze zarażonym z heroicznym oddaniem. W nagrodę za to 1 kwietnia 1375 roku otrzymała od Chrystusa stygmaty (jednak nie w postaci ran, lecz krwawych promieni).
Podczas licznych konfliktów na terenie Italii i w samym Kościele była orędowniczką pokoju i mediatorem. Domagała się od kolejnych papieży (najpierw od bł. Urbana V, a potem od Grzegorza XI) powrotu z Awinionu do Rzymu. Wobec nieskuteczności wysyłanych listów udała się do Awinionu, by skłonić Grzegorza XI do zamieszkania w Wiecznym Mieście. Kiedy papież zdecydował się powrócić, jej pośrednictwu przypisywano to ważne wydarzenie. Po śmierci papieża Grzegorza XI kardynałowie wybrali arcybiskupa z Bari, który przyjął imię Urbana VI (1378-1389). Ten jednak swoją surowością zraził sobie kardynałów, dlatego część z nich zbuntowała się i wybrała antypapieża w osobie Klemensa VII (1378-1394). Kościół został podzielony. Kilka lat później, w 1409 r., miał pojawić się jeszcze drugi antypapież, co wywołało prawdziwy chaos. Rozłam trwał 39 lat. Kiedy wysiłki Katarzyny nie dały rezultatu, gdyż antypapież nie chciał ustąpić, Katarzyna robiła wszystko, by jak najwięcej zwolenników skupić koło osoby prawowitego papieża. Nawoływała do modlitw w jego intencji. Popierała też usilnie reformy, jakie Urban VI wprowadził. Na jego życzenie udała się do Rzymu, by tam pracować dla dobra Kościoła. Wielu mężczyznom i kobietom, pochodzącym z różnych warstw społecznych, pomogła wejść na drogę cnoty lub osiągnąć pokój.
Umarła z wyczerpania 29 kwietnia 1380 r. w Rzymie w wieku 33 lat. Pozostawiła po sobie trzy dzieła, które zawierają jej naukę: "Dialog o Bożej Opatrzności", "Listy" oraz "Modlitwy". Jej kult rozpoczął się zaraz po jej śmierci. Nikt już nie wątpił, że była wybranką Bożą i niewiastą opatrznościową dla Kościoła. Pan Bóg wsławił też jej grób wielu cudami. Już w roku 1383 bł. Rajmund z Kapui, ówczesny generał dominikanów, za zezwoleniem Stolicy Apostolskiej przeniósł jej ciało do kaplicy kościoła dominikanów S. Maria della Minerva w Rzymie i wybudował dla niej okazały grobowiec. Jemu zawdzięczamy obszerny "Żywot świętej Katarzyny ze Sieny", wydany również po polsku. Bł. Rajmund napisał go na podstawie osobistych kontaktów ze św. Katarzyną (był jej spowiednikiem i przewodnikiem duchowym) oraz korzystając ze świadectwa innych bliskich jej osób, z którymi przeprowadził wiele rozmów. Pius II 26 czerwca 1461 roku w bazylice św. Piotra dokonał uroczystej kanonizacji sługi Bożej. W nagrodę za poniesione trudy w obronie Kościoła Pius IX w roku 1866 ogłosił św. Katarzynę drugą, po św. Piotrze, patronką Rzymu. W roku 1939 papież Pius XII proklamował św. Katarzynę ze Sieny drugą, obok św. Franciszka z Asyżu, patronką Italii, a Paweł VI w 1970 roku ogłosił ją doktorem Kościoła. Papież św. Jan Paweł II ogłosił ją w 1999 roku współpatronką Europy. Jest także patronką Sieny oraz pielęgniarek, strażników, strażaków.

W ikonografii Święta przedstawiana jest w habicie dominikanki, w koronie cierniowej, z krzyżem w dłoniach, z różańcem. Niekiedy trzyma tiarę. Ukazywana jest także z Dzieciątkiem Jezus, które podaje jej pierścień - znak mistycznych zaślubin, których dostąpiła. Jej atrybutami są także: czaszka, diabeł u stóp, krucyfiks, lilia, serce.