Yekaterina lahir di Szczecin, Pommern, Kerajaan Prusia dengan nama Sophie Friederike Auguste von Anhalt-Zerbst-Domburg. Ayahandanya adalah Christian August, seorang putera bangsa Jerman dari wangsa Askania yang memerintah Kerajaan Anhalt-Dornburg dari tahun 1742 sampai 1747. Ibunda baginda adalah Johanna Elisabeth dari Wangsa Holstein-Gottorp. Kerabat baginda sangat miskin meskipun dalam kelas bangsawan, semasa kecilnya Sophie harus bergantung pada hubungan keluarga ibundanya agar mendapatkan pendidikan serta masa depannya.