Una Sanzione Arcivescovile del 30 giugno 1824 stabilisce la cessione in perpetuo alla Parrocchia della chiesa di Santa Caterina di Strada Maggiore, che finora faceva parte del Conservatorio di Santa Marta ed era quindi di proprietà dell'Opera Pia dei Poveri Vergognosi.

Il sacro edificio fu costruito nel 1605 sopra una chiesetta più antica, risalente al 1144 e dedicata a Santa Maria Doppletta del Torrilione, officiata dai monaci Vallombrosani di Monte Armato.

Nel 1526 accanto ad essa venne edificato, per opera di suor Barbara Orsi, un convento di monache Vallombrosane, che fu abitato, dopo la loro soppressione nel 1799, dalle Putte dei Mendicanti di San Gregorio e dalla Compagnia dei Raminghi.

La chiesa di Santa Caterina ha avuto funzione parrocchiale fino all'arrivo dei Francesi. Venne chiusa nel 1805. Sarà riaperta al culto il 25 novembre 1827, giorno di commemorazione della santa patrona.

Nel 1832 il portico su Strada Maggiore, aggiunto da Pietro Fiorini nel XVII secolo, sarà restaurato dall'architetto E. Gasparini.

Nel corso dell'800 sulla facciata saranno collocate statue di Roncagli, Putti e Franceschi, mentre il campanile sarà innalzato dall'Antolini nel 1842.