Elle passe son enfance et son adolescence à Moscou, où elle reçoit une bonne éducation.
À l'automne 1834, à l'invitation de sa sœur cadette, Natalia, l'épouse d'Alexandre Pouchkine, Ekaterina emménage à Saint-Pétersbourg avec elle dans la maison de Pouchkine. En décembre de la même année, elle devient une fille d'honneur de l'impératrice.
Ekaterina rencontre Georges-Charles d'Anthès à l'automne de 1834, peu de temps après avoir emménagé à Saint-Pétersbourg. Leur mariage a lieu le , donnant lieu à deux cérémonies: l'une catholique et l'autre orthodoxe. Le couple a quatre enfants.
Enfants de Georges-Charles et d'Ekaterina d'Anthès de Heeckeren.
De retour en France, ils allèrent habiter dans la maison familiale, à Soultz, dans le Haut-Rhin. Elle lui donne trois filles, Mathilde-Eugénie (1837-1893, épouse du général Jean-Louis Metman(d) (1814-1889) et mère de Louis Metman), Berthe (1837-1908, épouse du comteÉdouard Vandal (1813-1889)) et Léonie (1840-1888), restée célibataire. Ayant donné naissance à un garçon mort en 1842, elle rêve de donner un héritier à son mari.
Après avoir donné, le , naissance au fils tant attendu, Louis-Joseph, Catherine Nicolaïevna succombe à une fièvre puerpérale le en donnant naissance à leur seul fils, Louis (1843-1902), époux de Marie-Louise de Schauenbourg-Luxembourg[1].
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