Военная неразбериха отразилась и на судьбе малолетней Екатерины. С согласия флорентийских властей сначала она находилась в монастыре Сантиссима Аннунциата деле Мурате под надзором сестер-бенедектинок. По свидетельствам того времени, она была вежливой, кроткой и полной очарования девочкой. Ее судьба вызывала к ней повсеместное сочувствие, особенно когда уже в первые дни осады Флоренции в 1529 году ее предложили перевести из монастыря в… публичный дом. Это перекрыло бы ей впоследствии все возможности удачного брака. Высказывались даже предложения связать ее обнаженную у стен замка или отдать на растерзание солдатам. К счастью, ничего этого не сделали, сочтя, что Екатерина в недалеком будущем может стать серьезным козырем в политических играх. В конце концов решено было поместить ее в доминиканский монастырь Святой Люции. Однако на этот раз одиннадцатилетняя девочка обнаружила незаурядное присутствие духа. Она велела остричь себе волосы и надела монашеское платье, решительно противодействуя постановлению властей Флоренции. Потом, однако, она монастырь покинула.
ЖИЗНЬ ЗА МОНАСТЫРСКИМИ СТЕНАМИ НАУЧИЛА ЕКАТЕРИНУ СМИРЕНИЮ, НО ТАКЖЕ И ХОЛОДНОМУ РАСЧЕТУ И УМЕНИЮ СКРЫВАТЬ СВОИ ЧУВСТВА, ЧЕМ ВПОСЛЕДСТВИИ ОНА ПРОСЛАВИЛАСЬ ПРИ ФРАНЦУЗСКОМ ДВОРЕ.
Современники сообщали, что «принцесса в свои тринадцать лет очень подвижная, у нее приятный характер и изящные манеры (…) роста она невысокого, худая, черты лица не слишком тонкие, глаза навыкате, как у большинства Медичи». На одном из портретов она представлена брюнеткой с густыми бровями, вытаращенными глазами, толстым носом, узкой верхней губой и сильно выпяченной нижней. А значит, в юном возрасте она могла быть девицей не слишком красивой, однако же обворожительной благодаря своим обаянию, обходительности, умению нравиться, а также уму, сочетавшемуся с самообладанием.
Брак Екатерины устроил папа Климент VII. Сначала предполагалось выдать ее за герцога Орлеанского, но в конце концов в октябре 1534 года она вышла замуж за сына короля Франции, дофина Генриха Валуа. В это время она была влюблена в своего кузена Ипполита Медичи, который, по слухам, намеревался отказаться от кардинальской шапки и взять ее в жены. Однако в вопросах брака в те времена важны были не чувства, а политические расчеты.
Екатерина, оказавшись при французском дворе, быстро снискала доверие своего тестя, короля Франциска I. Со стороны недоброжелателей всегда слышались колкости в ее адрес по поводу незнатного для королевской семьи происхождения, ее прозвали «флорентийской купчихой». Она держалась в тени мужа, довольствуясь на первых порах ролью жены наследника престола, а потом — короля Генриха II. То, что ее приближенными были итальянцы, не прибавляло ей веса при французском дворе. Екатерина всегда принимала сторону мужа, поддерживала его в трудные минуты. Однако она смогла проявить свою харизму и политические способности.
В личной жизни она сумела с достоинством снести обиды, которых в союзе с Генрихом было предостаточно. Не отличаясь красотой, Екатерина проигрывала в соперничестве за внимание мужа его многолетней фаворитке Диане де Пуатье. Супруг король делил ложе с женой исключительно по обязанности, королева же в течение 10 долгих лет не могла забеременеть. При дворе ходили сплетни о ее бесплодии. В какой-то момент было даже принято постановление о разводе. Наверное, отсюда возникло ее пристрастие к медикам, ясновидящим и магам. Екатерина велела готовить для себя отвары, избегала ездить на муле, неспособном иметь потомство. Искала совета в каббале, талисманах, формулах алхимиков. Она была суеверна и в то же время набожна. Страх перед бесплодием и отчуждением мужа толкал ее в сети чернокнижников. Только после лечения в 1544 году Екатерина родила первого сына, впоследствии короля Франциска II. В течение последующих 12 лет она родила 10 детей, из которых в живых осталось семеро.
Веру Екатерины в астрологию и магические практики укрепили события 1559 года. Эти события предсказал четырьмя годами ранее Нострадамус. В марте 1555 года в лионском издательстве вышли его «Центурии». Астролог предсказывал в них гибель короля во время рыцарского турнира следующими словами: