De Sint Catharinakerk maakt deel uit van de Sint Martinusparochie, en is tevens kathedraal van het aartsbisdom Utrecht. De kerk maakt deel uit van een middeleeuws kloostercomplex, thans in gebruik door Museum Catharijneconvent.
1550 – Kloosterkerk
De karmelieten in Utrecht begonnen in 1468 met de bouw van een klooster met bijbehorende kerk.
In 1529 kwamen de gebouwen in bezit van de Johannieters. De kerk draagt sindsdien de naam van hun beschermheilige Catharina van Alexandrië. De Johannieters hebben het klooster uitgebreid en de kerk rond 1550 voltooid.
1633 – Protestantse kerk
Met de reformatie begon voor de Catharijnekerk een periode van verval. De katholieke godsdienst mocht er vanaf 1580 niet meer worden uitgeoefend. Sedertdien schijnt er ondermeer een smederij in gevestigd te zijn geweest, en ook een zogenaamde anatomiekamer.
In 1633 werd de kerk voor protestants gebruik ingericht; tot 1815 is de kerk in gebruik gebleven bij de Nederlandse hervormde gemeente.
In 1815 werd het gebouw toegewezen aan de rooms-katholieke militairen van het Nederlandse leger, en werd garnizoenskerk.
1853 – Kathedrale kerk
Koning Willem II schonk de kerk in 1840 aan de rooms-katholieke gemeenschap, waarna de Catharijnekerk in 1842 weer in gebruik kon worden genomen. In 1853 werd het gebouw door paus Pius IX tot kathedraal van het herstelde bisdom Utrecht verheven. In de periode 1859-1901 werd vervolgens het gehele interieur in neogotische stijl gedecoreerd, en werd de kerk verlengd naar het westen. Boven de nieuwe ingang werd tenslotte het Maarschalkerweerd-orgel gebouwd.
1955 – Restauratie
In 1955 begon een grootscheeps restauratie-projekt. Op basis van tekeningen uit 1636 van Pieter Saenredam (gemaakt toen de kerk net voor protestants gebruik was ingericht) is de kerk goeddeels van haar neogotische gewaad ontdaan.
Dit verklaart de tamelijke sobere inrichting die het gebouw tegenwoordig bezit. Daar staat tegenover dat het tijdloze karakter van deze laatmiddeleeuwse voormalige kloosterkerk in al haar puurheid is bewaard.