Na mjestu današnje crkve, prvotno je stajala mala dominikanska crkva iz 14. stoljeća, koja je za tadašnjih čestih turskih provala bila upotrebljavana i kao vojno spremište. Dolaskom isusovaca u Zagreb ( prva polovica 17. st.), tadašnja mala crkvica, predata im je na upravu. Kako im je prvotna crkva bila premala i suviše derutna, oni su između 1620. i 1632. sagradili i opremili potpuno novu crkvu. Uz crkvu su podigli i samostan (u njemu je danas Galerija Klovićevi dvori). Crkva sv. Katarine, je dvaput gorila 1645. i 1674. godine, tad je izorjela i sva opreme crkve, ostali su samo goli zidovi. Ponovno opremanje crkve pomogli su hrvatski velikaši. Za uzvrat su, prema tadašnjem običaju, mogli postavili svoj obiteljski grb ili su dobili čast da budu sahranjeni u crkvi, i postave nadgrobnu ploče.

Propovjedaonica u crkvi
Nakon ukinuća Isusovaca 1773., crkva Sv. Katarine predana je župi sv. Marka 1783., a od 1874. godine postaje sveučilišna crkva.Crkva sv. Katarine je jednobrodna crkva sa šest bočnih kapela i apsidom (svetištem). U kapelama se nalazi pet drvenih baroknih oltara (17. st.) te jedan mramorni oltar iz 1729. godine. Svodovi i zidovi crkve ukrašeni su tipičnom raskošnom baroknom štuko dekoracijom koja potječe iz 1732. godine. U apsidi je nizak glavni oltar koji se nalazi ispred velike oltarne slike Sveta Katarina među aleksandrijskim filozofima (djelo ljubljanskog slikara Kristofora Andrije Jelovšeka). Crkva je temeljito obnovljena nakon potresa 1880. godine prema projektu Hermanna Bollea.