Urodziła się 21 stycznia 1839 r. w średniozamożnej rodzinie w Neapolu we Włoszech. Otrzymała solidne wykształcenie humanistyczne i religijne. Uczyła się literatury, języków obcych i muzyki. Pod wpływem bł. Ludwika z Casorii została tercjarką franciszkańską. 8 grudnia 1859 r., w wieku dwudziestu lat, Katarzyna postanowiła nie wychodzić za mąż i złożyła prywatny ślub czystości. Próbowała swoich sił duchowych w zakonie klauzurowym sakramentek, ale z powodu choroby opuściła zakon. Zaczęła pomagać ubogim i chorym, narzuciła sobie surową regułę życia, pogrążyła się w kontemplacji i osiągnęła szczyty życia mistycznego. Była umiłowaną córką bł. Ludwika i matką duchową bł. Bartłomieja Longo i św. Józefa Moscatiego. Zgromadziła wokół siebie tzw. "pracownice Jezusa", zajmujące się przygotowywaniem wyposażenia liturgicznego dla ubogich kościołów. 1 lipca 1874 r. założyła Zgromadzenie Służebnic Najświętszego Serca, które zostało zaaprobowane przez papieża Leona XIII dnia 13 czerwca 1890 r. Papież Leon XIII określił to zgromadzenie jako "nowe", "zainspirowane przez Boga i odpowiadające potrzebom naszych czasów". Pomimo poparcia Kościoła i papieża nowe dzieło budziło w społeczeństwie kontrowersje ze względu na strój świecki, który w owych czasach był zbyt śmiały. Katarzyna Volpicelli założyła również sierociniec i bibliotekę objazdową. Całe swe życie poświęciła Najświętszemu Sercu i szerzeniu apostolatu modlitwy. Ofiarowała swe życie za papieża, który przyjął jej ofiarę i podziękował za nią.
Umarła 28 grudnia 1894 r. Beatyfikowana 29 kwietnia 2001 r. przez Jana Pawła II, a kanonizowana została 26 kwietnia 2009 r. przez Benedykta XVI.