Katarzyna Pawłowna Romanowa (ur. w Carskim Siole; zm. 9 stycznia 1819 w Stuttgarcie) – wielka księżna Rosji, królowa Wirtembergii.
Życiorys Katarzyna Pawłowna była córką cara Pawła I (1754–1801) i jego drugiej żony Marii Fiodorownej, z domu Zofii Doroty, księżniczki Wirtembergii (1759–1828). Katarzyna miała dziewięcioro rodzeństwa, w tym cara Aleksandra I, wielkiego księcia Konstantego, Aleksandrę Pawłowną, Marię Pawłowną i Helenę Pawłowną.
Po rozwodzie Napoleona z cesarzową Józefiną, w czasie wojen napoleońskich, francuski cesarz wysunął Aleksandrowi I propozycję małżeństwa z Katarzyną, przez co Bonaparte chciał przyciągnąć Rosjan na swoją stronę. Rodzina Katarzyny była przerażona. Cesarzowa wdowa natychmiast zaaranżowała małżeństwo swojej córki z Jerzym, księciem oldenburskim.
Piękna i pełna życia Katarzyna wyszła za mąż 3 sierpnia 1809 roku. Jej małżeństwo było uporządkowane, Katarzyna była oddana swojemu mężowi. Jerzy był drugim synem Piotra, księcia Oldenburga. Nie był zbyt przystojny, ale Katarzyna opiekowała się nim aż do śmierci w 1812 roku, kiedy zmarł na tyfus. Wielka księżna była szczerze zasmucona śmiercią męża.