凱薩琳二世原名蘇菲亞．弗雷德里卡．奧古斯塔．馮．安哈特 - 采爾布斯特 - 多恩堡 (Sophie Friederike Auguste von Anhalt-Zerbst-Dornburg)，出生於普魯士一個貴族家庭。父親是普魯士軍隊中的一位將軍，後被封為公爵，統治安哈特。
1742 年，她的遠房表哥，即後來的彼得三世，被伊莉莎白選為俄國儲君。安哈特公爵特意安排女兒與這位未來俄國皇位繼承人聯姻，有關做法意外地獲得普魯士國王腓特烈二世支持。
原來腓特烈二世希望藉俄普聯姻，瓦解俄奧聯盟。1744 年，蘇菲亞抵達莫斯科，獲伊莉莎白熱情招待。蘇菲亞隨即苦學俄語和東正教禮儀，更因此染上肺炎。6 月，俄羅斯正教會為蘇菲亞施洗，蘇菲亞改信東正教 (之前隨父親信奉路德宗)，更名凱薩琳。
1745 年 8 月，凱薩琳和彼得於聖彼得堡成婚。婚姻帶有政治性質，加上家世不對等，令二人婚後生活並不愉快。彼得在婚後五年未曾與凱薩琳同房，不久更包養情婦，凱薩琳則先後和多位男人有染，真可謂各自各精彩！1759 年，凱薩琳誕下孩子，孩子四個月就夭折了。當時彼得不但不相信自己是孩子的生父，而且還詛咒妻子「下地獄去」！兩人關係至此已經破裂。
面對婚姻不幸，凱薩琳除了尋找情夫慰藉，就是待在臥室讀書消遣。她喜歡讀法國哲學家伏爾泰的作品，還讀通了孟德斯鳩《法意》(The Spirit of the Laws) 一書。
凱薩琳回憶此段經歷時說：「我時常告訴自己，幸福或是悲痛都取決於內心。如果遇見不幸，那就鼓起勇氣去超越。即便眼前都是慘澹，人也可以快樂勇敢。」這可視為她的得著。
1762 年初，伊莉莎白去世，彼得三世繼位。彼得放棄在「七年戰爭」中取得的勝利果實，放過普魯士，令俄軍非常不滿。另外，他介入霍爾斯坦公國與丹麥的什勒斯維希爭端，把自己出身的霍爾斯坦家族的利益置於俄羅斯國家利益之上，引起俄國貴族反感。沒收修道院領地尤其令僧侶階層忍無可忍。
凱薩琳終於在 7 月 (舊曆 6 月) 集結各方反對勢力，於軍隊支持下，發動政變，逮捕彼得三世，強迫他簽署退位詔書。彼得於政變發生後第八日離奇死亡 (一說被人毒死，一說被縊死，一說消化不良而死)。
彼得三世雖然倒台，但凱薩琳仍需防範伊莉沙白敵對派系的復辟，畢竟伊凡六世並未過身。凱薩琳下令，如果有人嘗試營救伊凡六世，就將其處決。伊凡六世 1764 年在一次未成功的營救活動中被殺。
凱薩琳以普魯士媳婦身份，發動政變推翻俄國現任沙皇，自即沙皇之位，此舉無疑等同篡位。為了取得皇位繼承的合法性，凱薩琳對外宣稱彼得三世倒行逆施，直斥丈夫是俄國的叛徒、罪犯，解釋發動政變乃迫不得已。她甚至將自己的登基加冕稱作是「俄羅斯人民的選擇」。
凱薩琳身上無羅曼諾夫王朝的血統，她必須用事功和能力證明自己接任沙皇是合適的。此一心態，或許令凱薩琳比以前歷屆沙皇更能跟隨彼得大帝的步伐，繼續根據西歐模式對俄國進行現代化改造。
