Дитер IV фон Катцененельнбоген был сыном графа Дитера III от Берты фон Лейхтенберг. Он принял участие в Пятом Крестовом походе в 1217 – 1221 гг., в ходе которого была взята Дамьета.
Вернувшись из похода, он управлял своим наследственным графством совместно с младшим братом Генрихом IV (ум. В 1245). Причём своей резиденцией он выбрал собственно замок Катценельнбоген, тогда как Генрих обосновался в недавно построенном Хоэнштайне.
В 1219 году император пожаловал братьям права на контроль и взимание пошлин с Сент-Гоарской переправы через Рейн, что стало в будущем одним из главных источников доходов Катценельнбогенов.
В 1222 году Катценельнбогены получили подтверждение своего права собственности на города Дармштадт, Бессунген и Грос-Герау. Дитер IV построил также новый большой замок в Лейхтенберге, и провозгласил себя графом Лейхтенбергским. Также дабы укрепить свою власть над окрестными землями, для защиты от притязаний соседних владетелей и лучшего контроля за подчинёнными территориями, Дитер IV начал строительство замка Ауэрбах (Ауэрберг), сильной и непреступной твердыни на реке Ауэр.
Оба брата умерли в 1245 году, и наследником всех владений Катценельнбогенов стали сыновья Дитера IV от брака с Хильдегундой фон Эберштайн – Дитер V (ум. В 1276) и Эберхард I (ум. В 1311), так как единственный сын Генриха IV – Генрих V умер в 1232 году при жизни отца и дяди.
Сначала братья совместно управляли графством. В 1245 году они основали замок Рейнфельс недалеко от Сент-Гоара, а около 1250 года построили новый сильный замок в Дармштадте, с помощью которых стали лучше контролировать торговые пути, как сухопутные, так и речные.
В 1260 году братья официально разделили графство на две части, нижнюю (низинную), вокруг собственно Катценельнбогена – получил старший брат Дитер V, верхнюю (горную), вокруг Дармштадта – получил младший Эберхард I. Также на две ветви разделился род графов Катценельнбогенов, на старшую и младшую. Владения на Рейне были отдельным анклавом, и контролировались в основном старшей ветвью.
Обе линии проводили активную политику экспансии и расширяли свои владения за счёт соседних территорий, также строили города, замки, монастыри и принимали участие во внутренних и внешних делах Священной Римской империи.
Младший брат Дитера V и Эберхарда I – Герхард (ум. около 1279/1280) – оправился в Прибалтику и вступил в Ливонский орден простым рыцарем, а позже дослужился до ландмейстера (вице-магистра) Ливонии, то есть заместителя гросмейстера (великого магистра) Тевтонского ордена. Но на этом посту он пробыл недолго, и уступил его Конраду фон Фейхтвангену. За собой сохранил должность ландмаршала. Воевал с земгалами, захватил их замок Доблен. Однако позже с небольшим отрядом попал в засаду, и был взят в плен земгалами, где вскоре умер.
Их сестра Адельгейда вышла замуж за графа Нассау Вальрама II, основателя старшей т.н. «Вальрамской» ветви дома Нассау. Она стала матерью короля Германии в 1292 – 1298 Адольфа Нассауского.