La date de naissance exacte de Catherine de L’Isle-Bouchard n’est pas connue avec certitude. Il semblerait qu’elle soit née vers 1399 dans une famille de petite noblesse. Elle est la fille de Jean, baron de l’Isle-Bouchard, seigneur de Gençay, Doué et Rochefort, et de Jeanne de Bueil, dame d’honneur d’Isabeau de Bavière.
En 1415 elle épouse Jean des Roches, seigneur des Roches, mariage de courte durée, puisque son époux décède quelques mois plus tard, sans doute à la bataille d'Azincourt (25 octobre 1415), où meurt aussi son frère aîné, ce qui fait de Catherine dame et héritière de L'Isle-Bouchard. Grâce aux relations de sa mère, elle devient à son tour fille d’honneur d’Isabeau de Bavière. Veuve et sans enfants, elle se remarie le 28 juin 1418 avec Hugues de Chalon, qui devient en 1423, comte de Tonnerre et de Cruzy. Il décède dès 1424 à la bataille de Verneuil (14 août 1424). Il laisse alors à son épouse la terre de Selles (Loir-et-Cher).
Devenue fille d’honneur de la reine Marie d’Anjou, la comtesse de Tonnerre occupe une place de premier plan à la cour, où elle devient marraine du fils aîné du dauphin Charles, Louis, futur Louis XI. Elle épouse alors, à la fin de l'année 1425, en troisièmes noces, Pierre II de Giac, premier chambellan et favori de Charles VII, maître des finances et chef du conseil du roi. Pour parvenir à ses fins, Pierre de Giac n'aurait pas hésité à faire assassiner son épouse enceinte, Jeanne de Naillac. Il est possible en outre que ce soit à cette époque que Catherine de L'Isle-Bouchard soit devenue la maîtresse de Charles VII. Son troisième époux est arrêté en février 1427, à l’instigation du connétable Arthur de Richemont et de Georges Ier de La Trémoille, et exécuté pour le meurtre de son épouse Jeanne de Naillac. Catherine de L'Isle Bouchard épouse quelques mois plus tard l'artisan du meurtre de son mari, Georges de La Trémoille, le 2 juillet 1427. Avec ce quatrième (et dernier) mariage, Catherine devient comtesse de Guines, de Boulogne et d’Auvergne, vicomtesse de Thouars, baronne de Sully, de la Trémoille et de Craon. Son mari étant devenu grand chambellan, elle conserve sa place à la Cour jusqu’à leur disgrâce en 1433. Ils se retirent alors sur leurs terres de Sully-sur-Loire et Catherine se consacre dès lors à l’éducation de ses enfants. De nouveau veuve en 1446, elle se retire sur ses terres de L’Isle-Bouchard avec ses enfants. En 1457, un procès s’engage entre Catherine et ses enfants pour le partage des biens : L’Isle Bouchard revient à Georges mais Catherine en garde l’usufruit. C'est là que le 10 octobre 1470, elle reçoit son filleul, le roi Louis XI.
De son mariage avec Georges de la Trémoille sont nés trois enfants : Louis Ier de La Trémoille (+ 1483), marié à Marguerite d'Amboise ; Georges II de La Trémoille (+1481) et Louise (+1474), dame de Bomiers, qui épouse Bernard VI de La Tour d’Auvergne.
Elle décède en le 1er juillet 1472 à L’Ile-Bouchard.