De bouw van de voormalige kerk van het Karmelieten- en later Catharijneklooster was rond 1550 voltooid. Na de Reformatie stond de kerk lang leeg, totdat de Catharinakerk werd verheven tot kathedraal van het aartsbisdom Utrecht na het herstel van de bisschoppelijke hiërarchie in 1853. De St. Catharinakathedraal of Catharinakerk is de enige middeleeuwse Utrechtse kerk die lang na de reformatie (pas in de 19e eeuw) weer eigendom is geworden van de Rooms-Katholieken.

In de tweede helft van de negentiende eeuw werd de kathedraal in neogotische-stijl gerestaureerd, onder andere door architect Alfred Tepe. De meest in het oog springende verbeeldingen van leven zijn de beelden in het koor, de kruiswegstaties, en de voorstellingen in de vensters. Maar wie goed zoekt, ontdekt meer. Zo zijn op het gewelf van de apsis twee narren te zien; de ene drinkt, de andere bespeelt een lier. Het grote orgel boven de hoofdingang werd gebouwd in 1903 door de Utrechtse orgelbouwer Michaël Maarschalkerweerd. De kathedraal heeft met haar Vredeskapel uit 1970 een oorlogsmonument, ter herinnering aan Kardinaal de Jong die zijn stem verhief tegen de Duitse bezetter.