Edukacja Catherine Hogg po ukończeniu szkoły średniej zapisała się na studia chemiczne w Mount Holyoke College. Jednakże po uczestnictwie w zajęciach wprowadzających do astronomii prowadzonych przez dr Anne Sewell Young w 1925 roku, postanowiła zmienić kierunek swoich studiów na astronomię. Decydującym momentem było dla niej obserwowanie zaćmienia Słońca, które odbyło się 24 stycznia 1925 roku, podczas gdy dr Sewell prowadziła zajęcia w terenie. Rok później do Mount Holyoke przybyła Annie Jump Cannon, astronom z Uniwersytetu Harvarda. Hogg wymieniła te doświadczenia jako decydujące momenty, które doprowadziły ją do kariery w badaniu gwiazd.
W 1926 roku Hogg ukończyła studia licencjackie z astronomii magna cum laude w Mount Holyoke College i jesienią tego samego roku otrzymała stypendium na studia magisterskie w Harvard Observatory, przy wsparciu dr Cannon. Na Harvardzie pracowała z dr. Harlowem Shapleyem, dyrektorem programu studiów magisterskich z astronomii, a jej praca polegała na mierzeniu wielkości i jasności gromad kulistych. Hogg opublikowała kilka prac naukowych, pracując ciężko przez długie godziny, zgodnie z oczekiwaniami i etyką pracy dr.