Отца девочка очень любила, а к матери относилась холодно. Взбалмошная Иоганна Елизавета с детьми обращалась очень грубо, часто награждала их пощечинами. Когда дочери исполнилось семь лет, она забрала у нее все игрушки и заставляла целовать край платья у знакомых дам, чтобы подавить в ней гордость. В результате с ранних лет будущая императрица приучилась скрывать свои чувства. Между тем девочка имела живой и независимый характер, была умна и любознательна. Принцесса рано пристрастилась к серьезному чтению и приобрела привычку обдумывать прочитанное. Кроме того, София Августа Фредерика Амалия получила хорошее домашнее образование: овладела французским и немного английским языками, обучалась основам истории, географии, богословия, музыке и т. п.
В 1739 г. вместе с матерью она побывала в Эйтине, куда съехались члены Голштинского дома. Здесь она впервые увидела юного герцога Карла Петера Ульриха, который благодаря кровным связям мог претендовать сразу на две короны — шведскую и российскую. Слабый и хилый родственник не понравился принцессе. Но именно на этого герцога пал выбор русской императрицы Елизаветы, не имевшей собственных детей, когда пришло время позаботиться о наследнике престола. Она вызвала племянника из Голштинии, крестила его в православие под именем Петра Федоровича и сделала наследником российского престола.
Теперь наследника нужно было женить. Среди немецких принцесс кандидаток было множество. Но Фридрих II Прусский особенно рекомендовал принцессу Анхальт-Цербстскую, и Елизавета вняла совету. 17 января 1744 г. вместе с матерью пятнадцатилетняя София Августа Фредерика Амалия отправилась в далекий Петербург.
По всей видимости, сердце юной принцессы в то время не было совершенно свободным. В своих «Записках» императрица сообщает, что в нее был влюблен один из братьев матери. А в некоторых публикациях сообщается, что София состояла в любовной связи с неким графом Б. Это, однако, следует отнести к числу многочисленных вымыслов о любовных похождениях императрицы. Через несколько лет после заключения брака по приказу свекрови, встревоженной отсутствием наследников у молодой четы, бывшая принцесса Анхальт-Цербстская, а теперь перешедшая в православие Екатерина Алексеевна, подверглась медицинскому освидетельствованию. Было установлено, что Екатерина — девственница. Ее инфантильный муж не мог исполнять супружеские обязанности.
С первых же месяцев брака, заключенного в 1745 г., будущая императрица оказалась в достаточно сложном положении. И не только из-за мужа. Елизавета невзлюбила невестку. Она казалась императрице слишком умной, а поэтому опасной. Екатерина жила в атмосфере постоянной слежки и недоброжелательства, хотя не имела недостатка в нарядах и драгоценностях. Ей не дали даже оплакать умершего отца, так как Елизавета заявила, что нечего горевать о человеке, который не был королем.