Пам’ятка розташована в історичному середмісті, поблизу давнього Дитинця. Є однією із провідних архітектурних домінант Чернігова.
Споруджена на честь героїзму козаків Чернігівського полку, проявленого під час штурму турецької фортеці Азов у 1696 році під командуванням чернігівського полковника, наказного гетьмана Якова Лизогуба. Церква освячена в 1715 р. на честь святої Катерини, яку в Україні шанували з давніх часів.
Значних перебудов Катерининська церква не зазнала. У 1837 р. до західного фасаду було прибудовано притвор, у 1908 р. — муровану дзвіницю (розібрані при реставрації пам’ятки в 1951 році). Зазнала руйнувань у 1941-43 р. (згоріли дахи і верхи бань). Реставраційні роботи проводилися в два етапи: у 1947-55 рр., 1975-80 рр.
Церква мурована, хрещата, дев’ятидільна, п’ятибанна. Композиція центрична, побудована пірамідально: з найвищою центральною банею, нижчими — над гранчастими рукавами архітектурного хреста.Таким чином, за композицією вона нагадує дерев’яну українську церкву, де в одне пластичне ціле поєднано 5 (п’ять) восьмигранних об’ємів — восьмериків, кожний з яких завершується банею. Завдяки такій пірамідальній конструкції церква має стрункий, ошатний і урочистий вигляд.
Для Катерининської церкви характерна всефасадність. Основну роль в оздобленні фасадів відіграють обрамлення порталів і віконних отворів: трикутні фронтончики, наличники, мілкопрофільовані карнизи. У церкві відсутній ліпний орнамент, у якості будівельного і декоративного матеріалу використана звичайна та лекальна цегла, яка замінила плінфу. Фасади отиньковані і вкриті вапном.
Головною рисою інтер’єру храму є розкриття внутрішнього простору вгору. У плані — це п’ятикамерний безстовпний храм, який вінчають п’ять бань. Верхи вирішено традиційним для України склепінням із заломами (з двома заломами — у центральному об’ємі та одним заломом — над раменами). Стіни побілені. Бані і хрести позолочено.
Катерининська церква в Чернігові є найвизначнішою в Україні пам’яткою стилю українського (козацького) відродження ХVІІ—ХVІІІ ст., що збереглася в автентичному вигляді, справила вирішальний вплив на розвиток української церковної архітектури ХVІІІ ст. і досі відіграє роль містобудівної домінанти історичного середмістя.