По отзывам современников, она была полной, небольшого роста, белолицей и темноволосой. Не считаясь красавицей, она обращала на себя внимание общительностью и доброжелательностью.
По желанию Петра I в 1716 году вышла замуж за герцога Мекленбург-Шверинского Карла Леопольда. Этот брак был вызван политическими соображениями — Пётр хотел союза с Мекленбургом для охраны от шведов морского торгового пути. Предполагалось использовать портовые города Мекленбурга как стоянку для русского флота, а также обеспечить возможность продажи в княжестве русских товаров. Сначала Карл Леопольд сватался за сестру Екатерины Анну, вдовствующую герцогиню Курляндскую, но позже Пётр назначил ему невестой именно Екатерину.
Бракосочетание состоялось в апреле в Данциге. В 1716 году Леопольд навлёк на себя нерасположение Петра I, и, потеряв престол, умер в крепости Дёмиц в 1747 году.
Брак Екатерины сложился неудачно. В 1722 году Екатерина Ивановна, не выдержав жестокого и грубого отношения супруга, вернулась вместе с дочерью в Россию. Формального развода не было, но супруги больше не виделись.
В 1730 году Верховный тайный совет рассматривал кандидатуру Екатерины в качестве возможной претендентки на трон, но она была отклонена из-за опасения вмешательства в государственные дела России её супруга. В результате императрицей была избрана ее младшая сестра.
12 мая 1733 года Екатерина присутствовала на торжественной церемонии, на которой её дочь приняла православие и новое имя — Анна Леопольдовна. Однако через месяц Екатерина умерла и была похоронена рядом с матерью в Александро-Невской лавре.
Брак и дети
Муж: с 8 апреля 1716 года, Данциг (Гданьск), Карл Леопольд (1677—1747), герцог Мекленбург-Шверина в 1713—1728. Единственная дочь:
- Елизавета Екатерина Христина (1718—1746), 12 мая 1733 года приняла православие и получила имя Анна Леопольдовна; муж: с 1739 герцог Антон Ульрих Брауншвейгский, сын — Иоанн VI Антонович.
