La chiesa di Santa Caterina viene edificata dall’Arcivescovo Antonio Nin negli anni trenta del Settecento, nel momento in cui lo stesso prelato stabilisce la ricostruzione pressoché integrale della Cattedrale di Oristano. Infatti nella stessa si trovava una cappella intitolata a Santa Caterina sin dal 1572, e la sua distruzione nel 1729 potrebbe aver determinato la fondazione di una nuova chiesa autonoma. Dopo la sua edificazione, la chiesa diventa sede del Gremio dei Fabbri-Ferrai, che si pongono sotto il patronato di Sant’Eligio.
La chiesa, addossata alle mura cittadine ed alla torre di San Cristoforo,  possiede lo scopo specifico di accogliere i prelati al loro ingresso in città e funge da simbolico punto di partenza per alcune processioni cittadine.
Alcune foto che la ritraggono prima della la demolizione avvenuta nel 1930, permettono di ricostruirne l’aspetto: un’aula unica abbastanza ampia, coperta da una volta a botte in laterizi. Il prospetto, in un unico ordine senza soluzione di continuità, termina con un arco ribassato determinato dalla struttura della volta, un campaniletto a vela si trova sulla sommità. Si aprono sulla facciata un oculo e il portale timpanato, realizzato secondo le forme tardo-rinascimentali replicate in tante chiese dell’Arcidiocesi e derivanti dal prototipo della Cattedrale.
Della dotazione della chiesa non conosciamo al momento alcun dettaglio, salvo la presenza dell’antico pulpito ligneo poi trasportato nella chiesa di Santa Giusta.
Forse si è conservata la statua della titolare, se deve considerarsi autentica quella esistente in una nicchia nell’andito all’ingresso del palazzo all’inizio della via Garibaldi, ma al momento non sono state effettuate delle analisi specifiche su di essa.