Семья герцога Цербстского была небогатой, Екатерина получила домашнее образование. Обучалась немецкому и французскому языкам, танцам, музыке, основам истории, географии, богословия. Воспитывалась в строгости. Она росла резвой, любознательной, шаловливой и даже бедовой девчонкой, любила проказничать и щегольнуть своей отвагой перед мальчишками, с которыми запросто играла на штетинских улицах. Родители не отягощали её воспитанием и особо не церемонились при выражении своего неудовольствия. Её мать называла её в детстве Фикхен (нем. Figchen — происходит от имени Frederica, то есть «маленькая Фредерика»).

В 1744 году российской императрицей Елизаветой Петровной вместе с матерью была приглашена в Россию для последующего сочетания браком с наследником престола великим князем Петром Фёдоровичем, будущим императором Петром III и её троюродным братом. Сразу после приезда в Россию стала изучать русский язык, историю, православие, русские традиции, так как стремилась наиболее полно ознакомиться с Россией, которую воспринимала как новую родину. Среди её учителей выделяют известного проповедника Симона Тодорского (учитель православия), автора первой русской грамматики Василия Ададурова (учитель русского языка) и балетмейстера Ланге (учитель танцев). Вскоре она заболела воспалением лёгких, и состояние её было столь тяжёлым, что её мать предложила привести лютеранского пастора. София, однако, отказалась и послала за Симоном Тодорским. Это обстоятельство прибавило ей популярности при русском дворе^[3]. 28 июня (9 июля) 1744 София Фредерика Августа перешла из лютеранства в православие и получила имя Екатерины Алексеевны (то же имя и отчество, что и у матери Елизаветы — Екатерины I), а на следующий день была обручена с будущим императором.