Năm 1585, Catalina Micaela kết hôn với Công tước Carlo Emanuele I của Savoia. [3] Cuộc hôn nhân của hai người sinh ra mười người con:

• Filippo Emanuele, Thân vương xứ Piemonte (1586 – 1605)
• Vittorio Amedeo I, Công tước xứ Savoia (1587 – 1637) [4]
• Emanuele Filiberto, (1588 – 1624), Phó vương của Sicilia, (1622 – 1624). [4]
• Margherita xứ Savoia (1589 – 1655), kết hôn với Công tước Francesco IV Gonzaga của Mantova
• Isabella (1591 – 1626), kết hôn với Alfonso III d'Este, Công tước xứ Modena
• Maurizio, hồng y (1593–1657)
• Maria Apollonia, một nữ tu ở Roma (1594 – 1656)
• Francesca Caterina, một nữ tu ở Biella (1595 – 1640)
• Tommaso Francesco, Thân vương xứ Carignano (1596 – 1656), Người sáng lập Nhà Savoia-Carignano và là tổ tiên của Gia tộc cầm quyền của Ý
• Giovanna (sinh và mất năm 1597)