En 1358, elle épouse Ugolino de Mantoue (NC-1362), un cousin de sa mère, petit-fils de Louis Ier de Mantoue et sans doute du même âge que Catherine. Ils ont un fils, Barnabé, mais cette union est de courte durée car, le , Ugolino est assassiné.
Le troisième mariage, dont la date ne nous est pas connue, avec le seigneur de Novellara, Feltrino de Novellara, également de la famille Gonzague (un frère de son grand-père, Filippino) ne durera guère car, en 1374, Caterina sera veuve.