О детстве Нелидовой не сохранилось подробных сведений. Известно только, что она родилась 12 декабря 1758 года от брака поручика Ивана Дмитриевича Нелидова с Анной Александровной Симоновой, в селе Климятине, Смоленской губернии, Дорогобужского уезда. Родители ее были люди весьма зажиточные, имея до 500 душ крестьян, в Смоленской и Тверской губерниях, но и семейство их было многочисленное: у маленькой Кати Нелидовой, кроме сестры Натальи, было пять братьев: Феодор, Андрей, Александр, Аркадий и Любим.
Детские годы Нелидовой протекли, без сомнения, при одинаковых условиях с детством всех помещичьих детей того времени, среди нянюшек и мамушек, на лоне деревенской природы, мирные впечатления которой навсегда запечатлелись в восприимчивой душе девочки. Для питомцев нянюшек и мамушек природа не была бездушной: одухотворенная народной поэзией, в сказках и преданиях, она уже говорила уму и сердцу ребенка прежде, чем он мог осмыслить ее явления, и Нелидова впоследствии, среди роскоши придворной жизни, никогда не забывала родного ей Климятина и тамошней речки «Царица-водица», струи которой осенены были густыми деревьями, пугавшими девочку.
Но тихая, уединенная жизнь в Климятине не могла благоприятствовать образованию детей, а родители Нелидовой, очевидно, понимали пользу образования даже для девочек, о чем большинство дворян того времени и не думали. Едва только сделалась известна в глухой провинции новость об открытии в Петербурге, под особым покровительством императрицы Екатерины, воспитательного общества благородных девиц при Смольном монастыре, как Анна Александровна Нелидова решилась ехать в Петербург вместе с дочерью своей Екатериной, едва достигшей шестилетнего возраста, чтобы ходатайствовать о приеме ее в новое, дотоле неслыханное по своим задачам и обстановке учебное заведение.
Нужно знать, что, желая создать посредством воспитания «новую породу людей», императрица Екатерина пробовала устранить от воспитываемых девиц всякое постороннее влияние и потому поставила правилом, чтобы родители при приеме дочерей их в воспитательное общество давали подписку не брать их из заведения до окончания курса, который продолжался 12 лет: тогда только поймем мы жертву материнской любви Анны Александровны, представившей свою дочь на первый прием воспитательного общества в начале 1765 года. «По публикованному о воспитании благородных девиц уставу… желаю препоручить дочь нашу Екатерину, рожденную от мужа моего Ивана Дмитриевича Нелидова», – так писала она в своем, как выражались тогда, «Объявлении».
Резолюцией императрицы на этом объявлении «следует принять» маленькая Нелидова оторвана была от родной семьи и, едва начав жизнь сознательно, попала в иную семью, в новую, совершенно чуждую ей обстановку. Она очутилась среди полусотни подобных ей девочек 4–6 лет; вместо нянюшек, медлительно вязавших свои чулки и еще медлительнее тянувших нескончаемые сказки об Иване-царевиче, появились образованные француженки и немки, не знавшие по-русски и почти исключительно заботившиеся о том, чтобы их маленькие питомицы поскорее усвоили себе французскую и немецкую речь и «благородные манеры»; о деревенском просторе и свободе нечего было и думать: вся жизнь «благородных девиц» протекала в красивом каменном квадратном здании, окружающем ныне Смольный собор, на окраине города, у берега Невы, и поставлена была в строгие, определенные рамки. Короче, все было приспособлено к тому, чтобы создание «новой породы людей» не могло встретить затруднений.
Целью учреждения Смольного института было воспитание девиц в духе гуманности, путем развития их ума и сердца, чтобы сделать их впоследствии «отрадою семейств» и способными не только смягчать «жестокие» и «неистовые» нравы русского общества XVIII века, но и воспитывать детей. Но, вместе с тем, императрица была против того, чтобы девицы «умничали», и оттого обучение их в Смольном носило по преимуществу светский характер: все направлено было главным образом лишь к тому, чтобы они умели держать себя в обществе, вести непринужденный разговор на французском языке, быть любезными и веселыми и отнюдь не проявлять жеманства или кокетства.
Все разнообразные цели эти действительно достигались благодаря особым заботам Екатерины, первого попечителя института Ивана Ивановича Бецкого и всего учебно-воспитательного персонала заведения, во главе которого стояла француженка, вдова действительного статского советника, София Ивановна Делафон.
Институт представлял собой одну семью, так как дети были постоянно вместе и воспитательницы так же, как и Делафон, были при них неотлучно; это была, по словам одной из институтских подруг Нелидовой (Ржевской, в «Русском Архиве» 1871 года), «община сестер, подчиненных одним общим правилам; единственным отличием между воспитанницами служили достоинство и таланты. Делафон была умной наставницей, заменявшей воспитанницам мать и служившей им руководительницей: все институтки обращались к ней за советом и дорожили ее мнением о том или другом своем поступке».
Делафон действительно не только хотела, но и умела посвятить себя своим воспитанницам, которые, по выражению устава Смольного института, «яко драгоценный для нее, для государства и отечества залог, были вверены благоразумному ее попечению». По уставу, все надзирательницы должны были поступать с воспитанницами во всем с крайним благоразумием и кротостью, «соединяя оные веселостью не иначе как с непринужденной веселостью и сие внушать молодым девицам, дабы таким способом отвращен был и самый вид всего того, что скукою, грустью или задумчивостью назваться может». Для достижения этой цели надзирательницы обязаны были «скрывать от воспитываемых ими детей свои собственные, домашние огорчения» и всеми мерами «не допускать у них уныния и задумчивости».
Самое преподавание не имело сухого, тем более удручающего для детей характера. Уроки были беседами учениц с учительницами, которые должны были особенно заботиться о том, чтобы девицы «не привыкли излишне важничать и унылый вид являть», иметь в виду свойства характера и способностей каждой воспитанницы, а в случае нерадения или лености ограничиваться увещаниями виновной; высшей мерой наказания было «пристыжение» пред классом, что, впрочем, очень редко встречалось, а нераскаянных ставили иногда на колени во время обедни. Устав института требовал также, чтобы «госпожи учительницы по окончании классов употребляли по нескольку времени вступать с воспитанницами в разговоры, дозволяя каждой сказывать и объяснять свои мысли с пристойной вольностью».
Учебные занятия и сами по себе не были обременительны. За 12 лет пребывания в институте девицы должны были выучиться «исправно» читать, писать и говорить, кроме отечественного, на французском, немецком и итальянском языках, обучиться Закону Божию, арифметике, истории, географии и физике, в элементарных их курсах, и приобрести некоторые сведения из архитектуры и геральдики, которая в то дворянское время считалась важной наукой для «благородных девиц». Более всего учебного времени тратилось на занятия рукоделием, музыкой и танцеванием; из искусств, кроме рисования, воспитанницы изучали скульптуру и токарное дело. В свободное от учебных занятий время дети под руководством своих наставниц читали исторические и нравоучительные книги со строгим, впрочем, их выбором, чтобы ничто не могло преждевременно и вредно действовать на воображение детей или их нравственность.
При таком строе жизни неудивительно, что смольнянки первых выпусков о времени пребывания своего в институте вспоминали как о счастливейшем периоде своей жизни. Подруга Нелидовой, Ржевская (в девичестве Алымова), в записках своих объясняет, что «этого счастья нельзя сравнить ни с богатством, ни с блестящим светским положением, ни с царскими милостями, ни с успехами в свете, которые так дорого обходятся. Скрывая от нас горести житейские и доставляя невинные радости, нас приучили довольствоваться настоящим и не думать о будущем… Между нами царило согласие; общий приговор полагал конец малейшим ссорам. Обоюдное уважение мы ценили более милостей начальниц; никогда не прибегали к заступничеству старших, не жаловались друг на друга, не клеветали, не сплетничали, потому не было и раздоров между нами. В числе нас были некоторые, отличавшиеся такими качествами, что их слова служили законом для подруг. Вообще большей частью были девушки благонравные и очень мало дурных, и то считались они таковыми вследствие лени, непослушания или упрямства. О пороках же мы и понятия не имели».