Η Αικατερίνη Γατελούζου (απεβ. Αύγουστος 1442) από τον Οίκο των Γκαττιλούζι ήταν η δεύτερη σύζυγος του Κωνσταντίνου ΙΑ΄ Παλαιολόγου, του τελευταίου Αυτοκράτορα των Ρωμαίων, ενώ ήταν ακόμα ο Δεσπότης του Μορέως.

Ήταν κόρη του Ντορίνου Α΄ ηγεμόνα της Λέσβου και της Ωρριέττας Ντόρια. Το 1440, η Αικατερίνη αρραβωνιάστηκε τον Κωνσταντίνο Παλαιολόγο.^[4]

Την επόμενη χρονιά, ο Κωνσταντίνος κατέπλευσε στη Λέσβο με τους Σφραντζήδες και τον Λουκά Νοταρά, και τον Αύγουστο έγινε ο γάμος του στη Μυτιλήνη. Το 1442 επέστρεψε στα καθήκοντά του στον Μορέα. Τον Ιούλιο του ίδιου έτους, εξαιτίας πραξικοπήματος από τον αδελφό του Δημήτριο, αναγκάστηκε να αναχωρήσει εσπευσμένα για την Κωνσταντινούπολη. Καθ' οδόν, παρέλαβε από τη Λέσβο την έγκυο Αικατερίνη. Στα ανοικτά της Λήμνου, συνάντησαν τον οθωμανικό στόλο, οπότε αναγκάστηκαν να καταφύγουν σε κάστρο του νησιού για προστασία. Κατά τον Σφραντζή, αυτό ήταν το Παλαιόκαστρο^[5] (το κάστρο της Μύρινας Λήμνου), ενώ κατά τον Χαλκοκονδύλη το κάστρο του Κότζινου^[6]. Οι Οθωμανοί προσπάθησαν μάταια να το καταλάβουν και τελικά αποχώρησαν έπειτα από 27 μέρες. Κατά τη διάρκεια της πολιορκίας, η Αικατερίνη απέβαλε από την ταραχή της και πέθανε. Ο Κωνσταντίνος δεν ξαναπαντρεύτηκε ποτέ, παρά τις προσπάθειες του φίλου του, διπλωμάτη Σφραντζή. Στο κάστρο της Μύρινας, στο ΒΑ μέρος του φρουρίου, υπάρχει κτίσμα που υποστηρίζεται πως είναι το μαυσωλείο της Αικατερίνης.^[7]