Katarzyna urodziła się w 1447 r. w Genui jako córka wicekróla Neapolu. Kiedy miała zaledwie 13 lat, za radą spowiednika chciała wstąpić do klasztoru kanoniczek laterańskich przy kościele Matki Bożej Łaskawej, gdzie już przedtem znalazła się jej siostra, Limbania. Katarzyna nie została jednak przyjęta z powodu zbyt młodego wieku, musiała więc wrócić do domu.
W szesnastym roku życia została przymuszona do małżeństwa z Julianem Adoro, człowiekiem, który miał już pięcioro nieślubnych dzieci. Związek nie był szczęśliwy. Julian był znanym rozpustnikiem i hulaką. Katarzyna przez kilka lat żyła w osamotnieniu, po czym podjęła życie towarzyskie, właściwe jej sferze. Nie były to co prawda grzechy ciężkie, niemniej jednak będzie sobie całe życie wyrzucać zmarnowane dla wieczności lata.
11 marca 1473 r. doznała łaski nawrócenia i przemiany. Kiedy odwiedziła u kanoniczek swoją siostrę, ta niespodziewanie zaproponowała jej odprawienie spowiedzi generalnej u kapelana sióstr. Katarzyna walczyła ze sobą, aż wreszcie poddała się działaniu Bożej łaski. Było ono tak potężne, że kiedy uklękła przed kapłanem, zemdlała. W tej bowiem chwili zjawił się jej Chrystus z krzyżem, a tak wiele płynęło z Niego krwi, że cała kaplica wydawała się jej pełna. Katarzyna poczuła tak wielki żal za grzechy, że była gotowa całemu światu wyznać swoje winy. Odtąd zaczęła życie pełne pokuty.
Modlitwę połączyła z surowymi postami. Działalność charytatywną skoncentrowała szczególnie na posługiwaniu chorym. Miewała częste objawienia Pana Jezusa, który pozwolił jej pewnego dnia spocząć nawet na swojej piersi. Kiedy indziej ujrzała Boskie Serce całe w płomieniach. Chrystus pozwolił jej przytknąć usta do Jego Serca. Poczuła się wówczas tak, jakby cała była zanurzona w Bóstwie, jakby zanikała zupełnie jej osoba, jakby stawała się z Chrystusem kimś jednym. Mogła także spędzać radosne chwile ze św. Janem Apostołem. Spowiednik pozwolił jej przyjmować codziennie Komunię świętą, co w owych czasach było zupełną nowością. W ciągu 23 lat Komunia święta była dla Katarzyny (przynajmniej w pewnych okresach) jedynym pokarmem, gdyż w czasie Adwentu i Wielkiego Postu przyjmowała jedynie trochę wody z solą.
To wszystko działo się w latach 1477-1499. W ostatnim okresie życia miała częste wizje, dar uniesień i zachwytów, które trwały nieraz po kilka godzin. Musiała często w takich wypadkach mocno ściskać serce, by nie rozsadziło jej piersi. Widziano czasem emanujące z niej światło.
Do domu Katarzyny z czasem zaczęli przychodzić potrzebujący pomocy ludzie. Pod jej wpływ poddawali się nawet wybitni kapłani. Mistyczka była dla nich wyrazicielką woli Bożej. Swoimi modłami uprosiła nawrócenie także dla męża. Julian zaczął zmieniać swoje życie, aż w końcu wstąpił do III Zakonu św. Franciszka. Budził podziw miasta, kiedy go widziano, jak wraz z Katarzyną opatrywał rany ubogim w szpitalu miejskim, jak odwiedzał biednych w ich domach. Dla sprawniejszej obsługi Katarzyna objęła kierownictwo szpitala i zadbała o jego dofinansowywanie (1490).

Pod koniec życia zaczęły ją trapić różne dolegliwości i choroby, powstałe na skutek nadmiernych umartwień. Znosiła je z heroicznym poddaniem się woli Bożej. Zmarła 15 września 1510 r., mając 63 lata. Pochowano ją w kościele Zwiastowania. W dwa lata potem odbyła się ekshumacja jej śmiertelnych szczątków, by je umieścić w miejscu bardziej eksponowanym. Jej kult zatwierdził wprawdzie papież Klemens IX w roku 1675, ale potwierdził go uroczystą kanonizacją dopiero papież Klemens XII w 1737 r. W roku 1684 republika genueńska proklamowała Katarzynę swoją patronką. W roku 1944 papież Pius XII ogłosił św. Katarzynę Genueńską współpatronką chorych i szpitali - obok św. Kamila de Lellis i św. Jana Bożego.
Katarzyna Genueńska zostawiła szereg cennych pism. Do najbardziej znanych należą: Życie i nauka, w którym wykłada stany duszy, jakie przechodziła aż do zjednoczenia z Bogiem; Dialog między duszą a ciałem, miłość własna, duch, ludzkość i Bóg, gdzie podejmuje tematy ascetyczne i mistyczne; wreszcie utwór najważniejszy, Traktat o czyśćcu, gdzie św. Katarzyna daje najwłaściwszą analizę mąk dusz czyśćcowych. Ona pierwsza określiła cierpienia dusz czyśćcowych jako mękę i żar miłości. W pismach św. Katarzyny rozczytywali się św. Alojzy Gonzaga, św. Franciszek Salezy, kardynał Piotr de Berulle, Fenelon i cała szkoła francuska wieku XVIII.