Katarina oli vain runsaan puolentoista vuoden ikäinen, kun perhe syksyllä 1904 muutti Ainolaan. Hän ehti kuitenkin kokea taiteilijaperheiden lasten yhteydenpidon vilkkaimmillaan, kuten Kansallisarkistossa säilytettävistä lapsuuden ja nuoruuden päiväkirjoista voi päätellä. Katarinan mielestä hauskimpia tapauksia olivat naamiaiset, mutta päiväkirjasta löytyy lentokoneleikkejä ja monia muitakin lasten ajanvietteitä.
Omapäinen Katarina oli sisarten mielestä isälle se rakkain ja läheisin tytär. Hän edistyi lapsista parhaiten pianonsoitossa ja kokeili sävellystäkin. Isä korjaili hieman tyttären nuotteja, ja Katarinan sävellys unohtui ensikokeiluun: sävellys ei ollut enää Katarinan oma. Katarina muutti koulunkäynnin vuoksi Helsinkiin 1917, mutta joutui palaamaan Ainolaan heti kansalaissodan taistelujen puhjettua tammi-helmikuun vaihteessa 1918. Opinnot jatkuivat syksyllä 1919. Katarina kirjoitti ylioppilaaksi keväällä 1920 ja sai peräti viisi laudaturia. Seuraavan vuoden syksyllä Ainola kävi säveltäjän mielestä autioksi, kun tytär aloitti pianonsoiton opinnot Stuttgartissa.
21-vuotias Katarina meni naimisiin 37-vuotiaan varatuomarin Eero Ilveksen kanssa 30. elokuuta 1924. Eerosta tuli Sibeliuksen uskottu raha-asioissa ja hän täytti vuosikymmenten ajan Sibeliuksen veroilmoitukset. Perheen yhteys Ainolaan säilyi tiiviinä. Katarina oli isänsä vierellä, kun tämä nukkui pois 20. syyskuuta 1957. Katarina vuorotteli sisartensa kanssa Ainolassa isän kuoleman jälkeen niin, että iäkäs Aino-äiti ei koskaan jäänyt yksin. Kun Ainolan kotimuseo avattiin yleisölle 1974, Katarina toimi yhtenä talon oppaista.