Детство Екатерины прошло в основном в штеттинском замке, который, однако, «домом» семьи не считался. «Дом» был в Цербсте, где находился родовой замок и куда маленькая Екатерина нередко заезжала вместе с матерью по пути в Берлин, Гамбург, Эйтин или Брауншвейг. Принцесса Иоганна Елизавета, будучи почти вдвое моложе мужа, имела слегка авантюрный характер, была красива, энергична, непоседлива и явно предпочитала светскую жизнь при дворе или в гостях у богатых родственников жизни с мужем в отдаленном Штеттине.
У маленькой Екатерины, по-видимому, не возникло привязанности ни к какому определенному месту, которое она могла бы считать своей родиной, и к пятнадцати годам она была готова полюбить то место на земле, где ей могло улыбнуться счастье. В кругу, где она росла, было немало таких же принцесс, чье приданое заключалось главным образом в их «голубой крови». Самой счастливой и везучей тут считалась девушка, удачно вышедшая замуж и сумевшая в результате брака приобрести какую-нибудь корону. Екатерине же еще в детстве было предсказано, что она будет увенчана сразу тремя коронами. Не случайно на девочку сильное впечатление произвела встреча с герцогиней Брауншвейг-Вольфенбюттельской, чьи внуки царствовали в то время сразу в четырех странах — Австрии, Пруссии, России и Дании.
В семье Екатерину называли Фике, и она росла подвижной, веселой и независимой. Ее гувернантка, француженка-гугенотка Елизавета Кардель отмечала в ней независимый нрав, а сама Екатерина более всего любила играть с другими детьми, предпочитая при этом грубоватые мальчишеские игры спокойным и чинным играм девочек. Домашние учителя обучали принцессу тому, чему и положено было учить девушку ее круга, — немецкому и французскому, музыке и богословию. Отношения с матерью не были особенно сердечными. Считалось, что шансов на удачное замужество у Фике немного, и принцесса Иоганна Елизавета старалась воспитывать дочь в строгости, подавляя всякие проявления гордости и высокомерия. Того и другого у девочки было, видимо, вдоволь, и мать заставляла ее целовать край платья у знатных дам, приезжавших к ним в дом, полагая, что таким образом маленькая Фике станет смиреннее. Но получилось наоборот: Екатерина научилась скрывать свои истинные чувства и притворяться, что очень пригодилось ей впоследствии. Уже в детстве она была склонна к самостоятельным рассуждениям и позднее вспоминала, что «сохранила на всю жизнь обыкновение уступать только разуму и кротости».
Интересную характеристику юной Екатерине дала одна знавшая ее в детстве мемуаристка: «Я… могла думать, будто знаю ее лучше, чем кто-либо другой, а между тем никогда не угадала бы, что ей суждено приобрести знаменитость, какую она стяжала. В пору ее юности я только заметила в ней ум серьезный, расчетливый и холодный, но столь же далекий от всего выдающегося, яркого, как и от всего, что считается заблуждением, причудливостью или легкомыслием. Одним словом, я составила себе понятие о ней как о женщине обыкновенной». Впрочем, это заключение говорит скорее о том, что мемуаристка была не слишком проницательна, ведь вряд ли можно назвать обыкновенной женщину, уже в детстве отличающуюся «серьезным, расчетливым и холодным» умом, не склонную к причудам и легкомыслию. И разве не эти качества столь важны для политика? Судя по всему, принцесса Фике уже в юные годы обладала многими из тех черт, которые и сделали ее позднее Екатериной Великой.