Istniejący budynek kościoła powstał na miejscu starszej, XV-wiecznej kaplicy, również poświęconej św. Katarzynie, oraz przylegającej do niego prywatnej kaplicy poświęconej św. Markowi i św. Jakubowi. Zapiski z późnego średniowiecza potwierdzają, że kościół był znakiem szczególnym dla żeglarzy na morzu. W ciągu wieków budowla była przebudowywana i powiększana, zburzono też przylegającą prywatną kaplicę. Rozbudowa objęła również zbudowanie transeptu oraz kopuły. Współczesna fasada pochodzi prawdopodobnie z XVII wieku, kiedy dodano do niej renesansową bramę. Stary kościół św. Katarzyny jest czynny, odbywają się tam modlitwy i codzienna msza święta. Budynek kościoła zaliczony jest do zabytków narodowych 1. klasy, jest również umieszczony na liście National Inventory of the Cultural Property of the Maltese Islands.
Topografia otoczenia Kościół posadowiony jest na obrzeżach wioski, u zbiegu dwóch dróg, na końcu podzielonego przełęczą grzbietu, ciągnącego się pomiędzy Marsaxlokk i półwyspem Delimara a St. Thomas’ Bay i Marsaskala. Położenie kościoła pozwala na swobodne obsługiwanie należącej do niego parafii. Budynek stoi około 250 metrów od miejsca, gdzie znajdują się pozostałości rzymskiej willi.