Екатерина Михайловна Романова родилась (16) 28 августа 1827 года в Санкт-Петербурге.
Дочь великого князя Михаила Павловича и великой княгини Елены Павловны, внучка Павла I, была третьим ребенком из пятерых в великокняжеской семье.
Мать воспитывала дочь в строгости и самостоятельно руководила её образованием, лично подбирала учителей, которые должны были преподавать иностранные языки маленькой княжне, учить петь и рисовать.
Потеряв четырёх из пяти дочерей, Елена Павловна сосредоточилась на Екатерине.
В 1849 году её отец неожиданно умер, а через год Екатерина стала невестой герцога Георга Августа Эрнеста Мекленбург-Стрелицкого, двоюродного брата императрицы Александры Фёдоровны.
Свадьба состоялась 4 февраля 1851 года в Петербурге.
Молодые поселились в Михайловском дворце вместе с великой княгиней Еленой Павловной.
Екатерина Михайловна занималась благотворительностью и была куратором нескольких учебных учреждений.
Она также внесла свой вклад в женское образование в России, будучи опекуном нескольких учебных заведений.
В петербургском обществе Екатерина Михайловна занимала высокий пост, имела собственный двор, была суровой дамой, хорошо знающей себе и своему рангу цену.
После смерти матери в 1873 году она унаследовала Михайловский замок, построенный в 1822 году специально для её отца.
В июне 1876 года Великая Княгиня стала вдовой: её муж умер, едва перешагнув своё пятидесятилетие.
Вдове герцога Мекленбург-Стрелицкого предстояло прожить ещё восемнадцать лет.
(30 апреля) 12 мая 1894 года великая княгиня и герцогиня Мекленбург-Стрелицкая Екатерина Михайловна скончалась в Петербурге.
Её похороны были масштабными.
Сам император Александр III шёл пешком за катафалком, за ним следовали его свита и высокопоставленные государственные деятели, представители иностранных династий.