Katarina var bara drygt ett och ett halvt år gammal, när familjen hösten 1904 flyttade till Ainola. Hon hann ändå uppleva den tid då kontakten med konstnärsfamiljernas barn som livligast, vilket man kan konstatera av de dagböcker från barndomen och ungdomen som bevaras i Nationalarkivet. Katarina tyckte att maskerader var det roligaste, men från dagboken går det att hitta flygplanslekar och många andra tidsfördriv för barn.
Den egensinniga Katarina var enligt systrarnas åsikt den dotter som var den käraste och käraste för fadern. Hon gjorde de mesta framsteg i pianospelet och prövade även tonsättning. Fadern gjorde smärre korrigeringar i dotterns noter, och Katarinas komponerande glömdes med det första försöket: kompositionen var inte mera Katarinas egen.
På grund av skolgången flyttade Katarina till Helsingfors år 1917, men tvingades återvända till Ainola genast när medborgarkrigets strider hade brutit ut vid övergången mellan januari och februari 1918. Studierna fortsatte på hösten 1919. Katarina skrev studenten på våren 1920 och fick till och med fem laudatur. På hösten nästa år tyckte kompositören att Ainola blivit öde, när dottern började studierna i pianospel i Stuttgart.
Den 21-åriga Katarina gifte sig med den 37-årige vicehäradshövdingen Eero Ilves den 30 augusti 1924. Eero blev Sibelius förtrogne i penningaffärer och han fyllde i Sibelius skattedeklarationer under årtionden. Familjens kontakter med Ainola förblev täta. Katarina var hos sin far, när denne somnade bort den 20 september 1957.
Katarina vistades turvis med sina systrar på Ainola så att den ålderstigna modern Aino inte var utlämnad åt enbart tjänarnas hjälp. När Ainolas hemmuseum öppnades för publiken 1974, var Katarina en av husets guider.