Filla de Joan de Gante, Duc de Lancaster, i de la seva segona esposa la princesa Constança de Castella, legítima hereva del regne per l'assassinat del seu pare el rei Pedro I el Cruel (Montiel, 1369); Caterina de Lancaster i Castella nasqué a l'any 1373, a la ciutat de Baiona, Cort del seu famós oncle el Príncep Negre, fill gran del rei d'Anglaterra, on s'havia refugiat tras el regicidi. 

En complir els catorze anys, emmeridà a la ciutat de Palència (1388) amb el futur rei de Castella, Enrique III el Doliente , nét gran del rei Pere el Cerimoniós d'Aragó. Aquest matrimoni posaria fi a la guerra civil que assolava a Castella entre petristes, partidaris de la legitimitat, i enriquistes, partidaris del fratricida comte Enric de Trastàsmara i Guzmán (Tractat de Baiona, 1387). Després de beure aigua del pou de San Antolí, els nuvis foren intitulats "Prínceps d'Astúries", títol honorífic que  han vingut utilitzant tots els hereus de la Corona castellana. D'aquesta unió naixerien 3  fills:  María (1401), futura esposa d'Alfons el Magnànim, rei de la Corona d'Aragó; Catalina (1402), futura esposa del seu germà Enric, Duc d'Alburquerque i de Villena, Gran Mestre de l'Orde de Santiago; i el rei Juan II de Castella (1405), futur espòs Maria d'Aragó, germana gran dels Infants. Tres germans, maridats amb tres cosins germans carnals, també germans (tres vegades cunyats).

En el regnat del su espòs, Caterina de Lancaster no va tenir cap mena de participació en els afers d'Estat. Però la prematura mort el seu marit l'any 1406,  als 27 anys, la convertí en Corregent del regne, conjuntament amb el seu cunyat Ferran de Trastàmara o d'Antequera que, sis anys més tard, seria escollit sobirà de la Corona d'Aragó en el Compromís de Casp (1410-1412).