Carlota Catarina de La Trémoille (em francês: Charlotte Catherine; La Ferté-sous-Jouarre, 18 de junho de 1568 – Paris, 29 de agosto de 1629) foi uma nobre francesa. Ela foi princesa de Condé pelo seu casamento com Henrique I, Príncipe de Condé. Após a morte do marido, foi acusada de tê-lo envenenado e permaneceu presa por vários anos até ser inocentada pelo parlamento. Quando se mudou para Paris, frequentou a corte francesa, e esteve presente na coroação da rainha Maria de Médici. Seu filho, Henrique II, Príncipe de Condé, afilhado do rei Henrique IV de França, foi o herdeiro presuntivo do trono por 12 anos.
Carlota Catarina era a filha mais nova de Luís de La Trémoille, 1.º Duque de Thouars e de sua esposa, Joana de Montmorency.
Os seus avós paternos eram Francisco de La Trémoille, Visconde de Thouars e Ana de Laval, princesa de Tarento. Os seus avós maternos eram Anne de Montmorency e Madalena de Saboia. Através do bisavô materno, Renato de Saboia, era descendente pela linhagem ilegítima de Amadeu VIII, Duque de Saboia, o antipapa Félix V.
Um de seus irmãos era Cláudio de La Trémoille, 2.º Duque de Thouars, marido da condessa Carlota Brabantina de Nassau.
Aos 17 anos, Carlota Catarina era conhecida por sua beleza e inteligência. Nessa época, Henrique I, Príncipe de Condé, general dos huguenotes, deixou o cerco de Brouages para visitá-la no Castelo de Taillebourg. A mãe dela, a duquesa viúva Joana, estava a caminho do castelo tendo partido de Thouars, e por isso, a jovem estava desacompanhada. Nessa visita, o príncipe propôs casamento a Carlota Catarina, e ela aceitou. Henrique passou a noite no castelo, e, devido ao fato de que a jovem estava preocupada com a segurança dele, Carlota Catarina passou a noite acordada, para assegurar-se de que os quatro guardas do príncipe, e os 24 da sua própria fortaleza, protegessem o príncipe.
Ao saber do casamento, contudo, Joana se recusou a aceitar, possivelmente porque ela ouviu falar que o rei era contra. Carlota Catarina também se recusou a obedecer a mãe, quando a duquesa ordenou que a filha permitisse que as tropas do rei tomassem o castelo. Carlota Catarina, por sua vez, preparou Taillenbourg para um cerco, e fez contato com o exército huguenote, que veio ao auxílio e levantou o cerco. Depois disso, Carlota Catarina deixou o castelo e seguiu para La Rochelle, onde ela arranjou para que dois navios de guerra fossem em direção a Guernsey, levando ela e Henrique de volta para a França.
Finalmente, no dia 16 de março de 1586, Carlota Catarina e Henrique se casaram no Castelo de Taillebourg, após o consentimento de Joana ter sido obtido, e após a noiva ter se convertido do catolicismo para a religião calvinista. Henrique tinha 33 anos, e era filho de Luís I, Príncipe de Condé e de Leonor de Roye. O casal passou morar no castelo dos príncipes de Condé, em Saint-Jean-d'Angély.
Como parte de seu dote de 20.000 escudos e 40.000 libras tornesas em mesada anual, Carlota Catarina trouxe várias propriedades para a Casa de Bourbon, o que ajudou no pagamento de dívidas da família de Henrique.
Em janeiro de 1587, nasceu a única filha do casal, Leonor de Bourbon, que se casou com Filipe Guilherme, Príncipe de Orange.
Seis meses após ser ferido na batalha em Coutras, em 20 de outubro de 1587, tendo sofrido uma queda de cavalo, o príncipe de Condé estava se recuperando na residência de Saint-Jean-d'Angély, onde veio a falecer, em março de 1588. Segundo uma autópsia, ele teria sido envenenado. A princesa estava no terceiro mês de gravidez do segundo filho, e havia rumores de que a criança era fruto de um caso com seu pajem, Prémilhac de Belcastel. Como havia um motivo em potencial para o possível assassinato, a princesa viúva foi presa, assim como Brillant, o controlador do agregado doméstico do príncipe, que foi executado após ser torturado. Carlota foi julgada e condenada à morte, o que a levou a apelar ao parlamento, com a execução adiada para o quadragésimo dia após o parto. O filho, Henrique II, Príncipe de Condé, nasceu num torre do castelo de Saint-Jean-d'Angély, em 1 de setembro de 1588.
O rei de Navarra também era considerada suspeito pelos calvinistas de ter tentado matado o rival.
Quando Henrique IV de França subiu ao trono, ainda sem herdeiros, ele escolheu ser padrinho de Henrique, que era o seu primo, e levou o príncipe de Condé para a corte, onde ele foi educado. Devido a isso, a severidade da prisão da princesa viúva foi reduzida, e lhe foi permitido comparecer a missa duas vezes na semana. Contudo, o clero huguenote proibiu que ela participasse do sacramento, e ela apenas pôde recebê-lo após um pedido do irmão, Cláudio, a única vez em que ele interveio pela irmã. Quando Carlota Catarina, mais tarde, tentou visitá-lo no seu leito de morte, a esposa dele a impediu.
Após seis anos presa, Carlota Catarina foi solta, e inocentada pelo parlamento, em agosto de 1595. Em 1596, ela renunciou ao calvinismo, se tornando novamente católica, e lhe foi permitido morar em Paris.
Em 27 de novembro de 1598, o rei providenciou para que Carlota Catarina comprasse o Castelo de Saint-Maur, por 25.000 escudos. Os credores da rainha Catarina de Médici haviam forçado a venda do castelo, permitindo que Henrique IV mantivesse seu herdeiro perto de Paris. Na época da venda, a construção ainda não estava concluída; os pavilhões da ala direita chegavam apenas ao segundo andar. Em diversas ocasiões, Henrique IV hospedou-se em Saint-Maur com Henrique, filho da princesa viúva.
Na corte, a princesa viúva nunca foi popular, pois ainda havia a suspeita de que ela havia matado o marido e o traído, apesar de sua absolvição oficial. Ela também brigava com a amante do rei, Catarina Henriqueta de Balzac d’Entragues.
Carlota Catarina cuidou da educação de uma parente, Jaqueline de Bueil, tendo a apresentado na corte, em 1604. A jovem chamou a atenção do rei. No entanto, ao invés de usar sua influência com Henrique IV para elevar a posição de sua guardiã, Jaqueline se distanciou dela. Cansada das exigências da princesa, Jaqueline conseguiu com que o rei banisse Carlota da corte.
Devido ao banimento, Carlota não pôde estar presente no casamento do filho, em 1609, com Carlota Margarida de Montmorency, que tinha chamado despertado o interesse do rei. A união foi arranjada por Henrique IV para mantê-la próxima dele, e fazer de Carlota sua amante. Por isso, após o casamento, ao invés de levar Carlota para a corte como exigido, Henrique deixou a esposa primeiro no Castelo de Breteuil, e depois no Castelo de Muret-et-Crouttes, sempre sob a supervisão da mãe.
Apesar de o filho ter caído em desgraça com o rei, a princesa viúva ainda possuía uma posição alta o suficiente para que lhe fosse permitido ser uma das damas que carregaram o trem do vestido da rainha Maria de Médici, na sua coroação, em 1610.