Екатерина после приезда в Россию, портрет кисти Луи Каравака
Семья герцога Цербстского была небогатой, Екатерина получила домашнее образование. Обучалась английскому и французскому языкам, танцам, музыке, основам истории, географии, богословия. Она росла резвой, любознательной, шаловливой и даже бедовой девчонкой, любила проказничать и щегольнуть своей отвагой перед мальчишками, с которыми запросто играла на штетинских улицах. Родители были недовольны «мальчишеским» поведением дочери, но это их тоже устраивало — Фредерика заботилась о младшей сестре Августе. Её мать называла её в детстве Фике (нем. Figchen — происходит от имени Frederica, то есть «маленькая Фредерика»).
В 1744 году, российской императрицей Елизаветой Петровной, вместе с матерью была приглашена в Россию для последующего сочетания браком с наследником престола великим князем Петром Фёдоровичем, будущим императором Петром III и её троюродным братом. Сразу после приезда в Россию стала изучать русский язык, историю, православие, русские традиции, так как стремилась наиболее полно ознакомиться с Россией, которую воспринимала как новую родину. Среди её учителей выделяют известного проповедника Симона Тодорского (учитель православия), автора первой русской грамматики Василия Ададурова(учитель русского языка) и балетмейстера Ланге (учитель танцев). Вскоре она заболела воспалением лёгких, и состояние её было столь тяжёлым, что её мать предложила привести лютеранского пастора. София, однако, отказалась и послала за Симоном Тодорским. Это обстоятельство прибавило ей популярности при русском дворе[3]. 28 июня (9 июля) 1744 София Фредерика Августа перешла из лютеранства в православие и получила имя Екатерины Алексеевны (то же имя и отчество, что и у матери Елизаветы — Екатерины I), а на следующий день была обручена с будущим императором.
Появление Софии с матерью в Петербурге сопровождалось политической интригой, в которой была замешана её мать, княгиня Цербстская. Она являлась поклонницей короля Пруссии Фридриха II, и последний решил использовать её пребывание при русском императорском дворе для установления своего влияния на внешнюю политику России. Для этого планировалось, посредством интриг и влияния на императрицу Елизавету Петровну, удалить от дел канцлера Бестужева, проводившего антипрусскую политику, и заменить его другим вельможей, симпатизировавшим Пруссии. Однако Бестужеву удалось перехватить письма княгини Цербстской Фридриху II и предъявить их Елизавете Петровне. После того как последняя узнала о «некрасивой роли прусского шпиона», которую играла при её дворе мать Софии, то немедленно изменила к ней свое отношение и подвергла опале[4]. Однако это не повлияло на положение самой Софии, не принимавшей участия в этой интриге.