Базилика Святой Екатерины является одним из старейших католических храмов в России, единственный, которому присвоен почётный титул малой базилики.
Приход был основан в 1716 году; в 1738 году императрица Анна Иоанновна разрешила возведение католической церкви на Невской перспективе (Невском проспекте). Первоначальный проект был разработан Пьетро Антонио Трезини, однако не завершён. В 60-х годах XVIII века работы возобновились архитектором Ж. Б. Валлен-Деламотом, но не были завершены. Лишь в 1782 году строительство храма было закончено под руководством архитекторов Минчиани и А. Ринальди, последний был старостой общины. 7 октября 1783 года храм, получивший статус собора, был освящён в честь святой Екатерины Александрийской, покровительницы императрицы Екатерины II.
Храм связан с именами многих выдающихся личностей. В 1798 году здесь был похоронен последний польский король Станислав Август Понятовский (впоследствии перезахоронен в Польше), а в 1813 году французский полководец Жан Виктор Моро. Прихожанином храма был знаменитый архитектор Монферран, строитель Исаакиевского собора. Здесь он венчался и крестил сына. Здесь же было отпето его тело после смерти, после чего его вдова увезла гроб с телом мужа во Францию. Прихожанами храма был ряд российских дворян, перешедших в католицизм: княгиня З. А. Волконская, декабрист М. С. Лунин, князь И. С. Гагарин и другие.
Служение в церкви осуществляли представители разных монашеских орденов. Изначально храм принадлежал францисканцам, в 1800 году Павел I отдал храм иезуитам, а в 1815 году, после высылки последних из России, прихожан храма стали окормлять доминиканцы. В 1859 году в храме был крещён будущий архитектор Ф. О. Шехтель. В 1892 году храм перестал быть орденским и стал управляться епархиальными священниками.
Перед революцией 1917 года приход насчитывал более тридцати тысяч прихожан.
При большевистском режиме члены прихода были подвергнуты репрессиям; настоятель прихода Константин Будкевич был расстрелян в 1923 году.
Храм оставался открытым вплоть до 1938 года; в нём служили французские священники. Доминиканец Мишель Флоран служил в храме с 1935 по 1938 год и оставался в это время единственным католическим священником в Ленинграде. В 1938 году храм был закрыт и разграблен; Разорение храма довершил пожар в 1947 году, во время которого пострадал интерьер, детали внутреннего убранства, оплавились металлические трубы органа. О. Флоран был арестован в 1941 году и приговорён к смертной казни, но был выслан.
Здание храма использовалось как склад; в 1977 году было принято решение о реконструкции и преобразовании его в органный зал филармонии. В феврале 1984 года, в результате поджога, в здании вспыхнул пожар, который свёл на нет работу реставраторов и окончательно уничтожил внутреннее убранство. В огне погибла вся скульптура, остатки росписей, мраморные алтари и 12-метровый корпус органа конца XVIII века. После этого храм стоял закрытым. В здании монастыря были устроены кабинеты Музея атеизма и частные квартиры.
В феврале 1992 года городские власти приняли решение о возвращении храма Церкви. В том же году начались масштабные реставрационные работы.
Здание имеет форму латинского креста. Длина здания храма — 44 метра, ширина — 25 метров, высота — 42 метра. Вмещает одновременно ок. двух тысяч человек. Главный фасад здания решён в виде арочного портала, который опирается на свободно стоящие колонны. Над фасадом-парапет с фигурами четырёх евангелистов и ангелов, держащих крест. Над главным входом начертаны слова из Евангелия от Матфея (на латыни): «Дом Мой домом молитвы наречётся» (Мф 21. 13) и дата завершения строительства собора. Над главным престолом ранее был помещён большой образ «Мистическое обручение святой Екатерины», написанный художником Иоганом Меттенлейтером и подаренный храму императрицей Екатериной II, но разорения храма после революции образ не пережил. В храме не позже 1789 года был установлен орган. Затем иезуиты поменяли его на новый, который славился как один из лучших в Петербурге (инструмент не сохранился), в конце XIX века в церкви установили орган, сделанный в Германии (также не сохранился).
Старинный алтарный крест был спасён в 1938 году во время разграбления храма одной из прихожанок, Софьей Степулковской, и ныне возвращён в храм.
В 2013 году началось восстановление алтарной части, восстановлены по фотографиям двери. В 2014 году по фотографиям восстановлен и установлен алтарный крест.
Адрес: Санкт-Петербург, Невский пр., 32-34.