Figlia minore Isabella di Castiglia e di Ferdinando II d'Aragona, nacque ad Alcalà  nel 1485.
Sposò nel 1501 Arturo principe di Galles, fratello di Enrico VIII di Inghilterra.
Il marito morì nel 1502 e Caterina ottenne una licenza papale per sposare nel 1509 il cognato Enrico.
I sei figli di Caterina, cagionevoli come la madre, non superarono l'infanzia ad eccezione di una femmina, la futura Maria I.
Desiderando un erede maschio, nel 1527 Enrico VIII chiese l'annullamento del matrimonio riaprendo la questione delle illecite nozze fra cognati.
Poiché il papa Clemente VIII tergiversava, Enrico ottenne l'annullamento dall'arcivescovo Thomas Cranher, ignorando l'autorità  papale ed accelerando in questo modo il passaggio dell'Inghilterra alla Riforma.
Nel 1533 Enrico VIII sposò Anna Bolena, mentre Caterina veniva confinata nel castello di Kimbolton in una prigionia non dichiarata ma effettiva. Ivi morì nel 1536.