1624-ben Bethlen Gáborerdélyi fejedelem megkérte az akkor tizenhárom éves főhercegnő kezét, és ezzel együtt katonai szövetséget ajánlott a Habsburgoknak, a bigottan katolikus II. Ferdinánd császár azonban habozás nélkül elutasította az ajánlatot. Cecília Renáta kezét végül IV. Ulászló lengyel király nyerte el, mivel a Habsburg-politika számára fontosabb volt Lengyelország megtartása a szövetségi rendszerben, mint egy bizonytalan kapcsolat Erdéllyel.[1] Az esküvőre 1637. szeptember 13-ánKrakkóban került sor a lengyel királlyal, akinek az édesanyja, az 1598-ban gyermekágyi lázban elhunyt Habsburg Anna főhercegnő (1573–1598) mellesleg Cecília Renáta apai nagynénje volt, ezáltal Cecília és Ulászló elsőfokú unokatestvérek voltak.
Halála
Cecília Renáta királyné 1644. március 24-én hozta világra harmadik gyermekét, a csecsemő azonban halva született, anyja pedig a nehéz szülésbe belehalt. A krakkóiWawel katedrális altemplomában temették el. Férje két évvel később, 1646-ban másodszor is megnősült.
Gyermekei
IV. Ulászló lengyel király és Cecília Renáta házasságából három gyermek született, azonban egyikük sem érte el a felnőttkort:
