Nació en Madrigal de las Altas Torres (España) el 28 de octubre de 1544, de padres profundamente cristianos: Cristóbal y Juana de Bustamante y Sanmartín, de ascendencia noble. La tercera de cuatro hijos, le encantaba orar desde niña.

De inteligencia precoz, pedía explicaciones a su padre y a su institutriz sobre la doctrina cristiana, al mismo tiempo que era generosa con los pobres, en particular con los niños. Siendo muy joven, visitaba a los enfermos en el hospital y en sus casas, invitaba a sus compañeros a hacer lo mismo con los sintecho y les ofrecía su casa para pasar allí la noche. Junto a su hermana socorrió valiente y generosamente a los enfermos durante la peste que azotó a Madrigal en 1570.

Pariente de Teresa de Jesús, cuando se quedó sola por la muerte de sus padres y hermanos, fue acogida en el monasterio de Medina del Campo, donde tomó el hábito el 6 de octubre de 1571; el 5 de agosto de 1573 hizo su profesión. Entre Catalina y Teresa hubo un profundo conocimiento y apoyo mutuo en el camino de la santidad. Cuando Teresa la nombró priora del nuevo monasterio de Soria en 1581, hablando de ella con el provincial, el P. Jerónimo Gracián decía: «Catalina de Cristo sabe amar mucho a Dios y es una gran santa y tiene una espiritualidad muy alta, y no necesita saber más para gobernar. Será una buena priora como lo son tantas».

La última carta conocida de Santa Teresa está dirigida a Catalina. A la muerte de Teresa de Jesús (5 de octubre de 1582), el P. Gracián pidió a Catalina de Cristo que escribiera su experiencia interior y la designó continuadora de la obra de Santa Teresa de Jesús; fue ella quien abrió la primera comunidad carmelita en Pamplona el 8 de diciembre de 1583 y la de Barcelona el 14 de junio de 1588.

Ya en vida, la Madre gozaba de fama de santidad por sus virtudes, especialmente la humildad y la caridad. Purificada por los sufrimientos y estimada por todos, murió en Barcelona el 3 de enero de 1594, despertando el pesar de quienes la habían conocido.

El 20 de marzo de 1993 se concedió el decreto de validez a la investigación diocesana sobre "vida, virtud y fama de santidad".