Die Familie gehörte zum protestantischen Landadel Österreichs. Nach dem Tod ihres Vaters (1641) übernahm ihr Onkel Hans Rudolph Freiherr von Greiffenberg ihre Erziehung. Er gab 1662 ihre Sammlung »Geistliche Sonnette / Lieder und Gedichte« heraus. Unter dem wachsenden Druck der Gegenreformation und aus Furcht vor den Türken, die in österreichische Gebiete eingefallen waren, siedelte sie 1663 in die evangelische Reichsstadt Nürnberg über. Dort heiratete sie 1664 ihren Onkel Hans Rudolph. 1666 kehrte sie mit ihm nach Seyssenegg zurück. Sie reiste mehrmals nach Wien mit der Absicht, Kaiser Leopold I. zum protestantischen Glauben zu bekehren. 1677 starb ihr Mann und sie siedelte 1679 endgültig nach Nürnberg über.
Neben Gedichten veröffentlichte Catharina von Greiffenberg mehrere »Andachtsbücher« - biblische Betrachtungen mit lyrischen Einlagen - die sie schon zu Lebzeiten berühmt machten. Sie war das erste weibliche Mitglied in der von Philipp von Zesen gegründeten Teutschgesinnten Genossenschaft. Mit Sigmund von Birken, der seit 1662 dem Pegnesischen Blumenorden vorstand, führte sie einen intensiven freundschaftlichen Briefwechsel.