Catalina Federica de Wurtemberg (en alemán, Katharina Friederike von Württemberg; Stuttgart, 24 de agosto de 1821-Stuttgart, 6 de diciembre de 1898) fue la hija mayor del rey Guillermo I de Wurtemberg y de su tercera esposa, Paulina de Wurtemberg. Era la madre del rey Guillermo II de Wurtemberg.
Catalina fue la mayor de los tres hijos del rey Guillermo I de Wurtemberg con su tercera esposa y prima, la reina Paulina de Wurtemberg. Sus dos hermanos fueron el futuro rey Carlos I de Wurtemberg y Augusta de Wurtemberg, princesa de Sajonia-Weimar-Eisenach.
También tuvo dos hermanas del anterior matrimonio de su padre con Catalina Pávlovna de Rusia: María y Sofía de Wurtemberg, la futura reina consorte de los Países Bajos.
Sus abuelos paternos fueron el rey Federico I de Wurtemberg y su primera esposa, Augusta Carolina de Brunswick-Wolfenbüttel. Sus abuelos maternos fueron el duque Luis de Wurtemberg y su segunda esposa, Enriqueta de Nassau-Weilburg.
El 20 de noviembre de 1845, Catalina se casó con su primo, el príncipe Federico de Wurtemberg, un hijo del príncipe Pablo de Wurtemberg y de su primera esposa, la princesa Carlota de Sajonia-Hildburghausen. El matrimonio estaba destinado a fortalecer los lazos entre la rama principal de la familia Wurtemberg y el posible heredero al trono. El matrimonio tuvo un hijo:
Guillermo II (25 de febrero de 1848-2 de octubre de 1921), rey de Wurtemberg.
Federico murió en 1870. En la década de 1880, Catalina fue descrita como: "una vieja princesa viuda delgada, estricta, que tenía un rostro masculino rojo y generalmente vestía de carmesí y lila". Con frecuencia residía en la Villa Seefeld, que se encontraba en el municipio de Rorschach, Suiza. En este lugar era vecino de la familia de Teck, de la que descendía la posterior reina María del Reino Unido. Catalina murió 28 años después de su marido, el 6 de diciembre de 1898, en Stuttgart, donde había nacido.
Pope-Hennessy, James (1959). Queen Mary 1867-1953. Londres: George Allen and Unwin Unlimited. ISBN 0049230255.