Маленькая Екатерина, рожденная в октябре 1763 года, стала старшей из двух дочерей в княжеской семье Сергея Алексеевича и Елены Васильевны Трубецких. О детстве девочки ничего не известно, но можно предполагать, что как и все девицы того времени, Катенька получила домашнее образование, владела иностранными языками, танцевала, музицировала и рисовала.
В возрасте 19 лет была принята во фрейлинский штат к императорском двору. Изначально ей в мужья сватался голландский посланник, но помолвка сорвалась и в 1786 году Екатерина стала супругой генерал-прокурора графа Александра Николаевича Самойлова. Разница в возрасте у супругов составляла 19 лет. А кроме того граф приходился родным племянником князя Григория Александровича Потемкина.
От союза Екатерины и Александра на свет появилось пятеро детей: Елена (1787), Григорий (1792), Софья (1797), Михаил (1798) и Николай (1800). Графиня Самойлова слыла симпатичной особой с дурным характером и имела в столице довольно плохую репутацию. Однако слухи, которые крутились вокруг Екатерины Сергеевны, не мешали современниками принимать приглашения на балы, рауты и приемы, которые она устраивала довольно часто.
К слову, на этих же самых приемах гости активно сплетничали и обсуждали поведение, внешний вид и поступки хозяйки дома. Наличие многочисленных поклонников и воздыхателей привело к тому, что Самойловой приписывали романы на стороне. В конечном итоге и без того холодные отношения между супругами привели к полному разрыву отношений. С 1793 года Екатерина и Александр стали жить раздельно.
"Жена графа Самойлова только что разрешилась от бремени сыном, который, как утверждают, появился на свет раньше срока. Генерал-прокурора это не слишком радует, так как он не живет с женой, но она тем не менее обнаруживает удивительную плодовитость". Писал Федор Ростопчин в письме Семену Воронцову
До конца своих дней Екатерина Сергеевна оставалась большой кокеткой и модницей. Её мужа, с которым официально не был оформлен развод, возмущали многочисленные счета от портних, обшивающие жену и дочерей. Несмотря на свою нелестную репутацию, дочерей графиня воспитывала в строгости и покорности. Девушки не имели права без материнского дозволения покидать дом, общаться с поклонниками.
Жизнь этой деятельной и активной женщины оборвалась в 1830 году. На тот момент графине Екатерине Сергеевне Самойловой было почти 67 лет.