Dnes by již nezasvěcený pozorovatel sotva považoval kostel svaté Kateřiny za jeden z nejstarších církevních objektů města Opavy a jeho přilehlého okolí. Přestavba z počátku 19. století sice tvář stavby podstatně změnila, prvky jejího středověkého gotického jádra však lze spatřit dodnes. Jméno patronky kostela sv. Kateřiny Alexandrijské pak v pozdějších letech ovlivnilo pojmenování celé zdejší obce Kateřinky (Dorf Kathreyn).
Možnost existence staršího sakrálního objektu na místě dnešního kostela nelze bez archeologického výzkumu potvrdit ani vyvrátit. První zmínka z roku 1369, z níž se odvozuje i datace dokončení výstavby, pojednává o instalaci oltářního deskového obrazu zasvěceného sv. Kateřině ve stejnojmenném kostele. Tento údaj však nelze považovat za jistý, jelikož nemusí nutně souviset s tímto místem. První bezpečná zpráva z roku 1417 ale dává tušit, že svatyně již nějakou dobu předtím existovala a plnila svou funkci. Architektonický slohový rozbor potvrzuje vznik kostela právě mezi těmito dvěma letopočty a kloní se spíše k šedesátým či sedmdesátým létům 14. století.
Původně měl kostel jednu obdélnou loď, pětiboký presbytář a na jeho severní straně sakristii, přičemž se do dnešních dnů dochovalo obvodové zdivo s jižním vstupním portálem s výjimkou západní stěny lodi. V presbytáři, který je od lodi oddělen lomeným vítězným obloukem, lze rovněž spatřit původní elegantní zaklenutí křížovou žebrovou klenbou s paprsčitým závěrem a kolmo zapuštěné sedile – místo pro významnější účastníky bohoslužby. Do začátku 19. století se podoba kostela příliš nelišila od svého původního středověkého stavu, jak dokládají informace v souvislosti s opravou po požáru roku 1764. Zřejmě došlo k nahrazení původního stropu lodi za plochý dřevěný, doložena je také nevelká dřevěná věžička. Ze zprávy z přelomu 16. a 17. století se lze dozvědět, že kostel spolu s hřbitovem sloužil obyvatelstvu přilehlých osad Opavy – dnešních Kateřinek, Malých Hoštic a Kylešovic. Pohřbívalo se zde až do roku 1869, kdy byl zprovozněn nový hřbitov u nedaleké kaple sv. Kříže – tzv. Švédské kaple. V kostele, který byl zřejmě spravován kaplanem podléhajícím pod opavskou farnost chrámu Panny Marie, se v polovině 17. století kázalo dvojjazyčně, tedy česky i německy.
V průběhu 19. a 20. století proběhlo několik přestaveb a oprav, přičemž zejména ta první a největší z roku 1806 podstatně změnila tvář památky. Došlo ke stržení západní stěny a prodloužení délky kostela. Zároveň byla zaklenuta loď, vystavěna varhanní kruchta a především byla do vstupního průčelí zabudována hranolová věž s cibulovou bání, lucernou a makovicí. Dnes je kostel nově omítnut, po stranách jsou umístěny jednostupňové opěráky, průčelí je členěno pilastry a zakončeno korunní římsou.
Uvnitř kostela se nachází 14 obrazů zobrazujících zastavení křížové cesty, namalovaných Janem Lukášem Krackerem roku 1761. Cyklus byl původně zhotoven pro františkánský kostel sv. Barbory na Ostrožné ulici a po jeho zrušení roku 1796 byl přenesen do Kateřinek. Shodou okolností ve stejném roce zemřela Maria Anna, hraběnka Renardová, dcera svobodného pána Sobka z Kornic, jejíž náhrobní stéla je zazděna do venkovní zdi presbytáře. V tomto značně poškozeném pískovcovém náhrobku je vyobrazen reliéf dvou erbů – jejího manžela a erbu rodu Sobků, který přidržují lvi a ze kterého vyrůstá hraběcí koruna a kříž. Hned vedle se nachází o něco málo mladší a výrazně poškozenější náhrobní deska Vincence Matyáše Rudzinského, majitele kateřinského zemědělského dvora. V zahradě kostela je pak umístěna socha sv. Floriána. Skulptura ochránce před požáry zde byla přenesena roku 1923 z křižovatky Ratibořské a Černé ulice. Práce neznámého autora z roku 1721, zachycující patrona v podobě římského vojáka s kopím vylévajícího vědro vody, patří k významným opavským barokním památkám.
