Die von Markgraf Dietrich dem Bedrängten (1162–1221) gestiftete Katharinenkirche wurde im Jahre 1219 erstmals urkundlich erwähnt. Die romanische Katharinenkirche (Reste romanischer Bausubstanz wie der Querwestturm sind heute noch sichtbar) war für den stadtherrlichen Rechtsbezirk errichtet worden. Sie war mit Pfarrrechten samt Begräbnisrecht ausgestattet (1521 wurde der die Kirche umgebende Friedhof stillgelegt und 1545 eingeebnet). Der neue Margarethenfriedhof entstand vor dem Frauentor außerhalb der Stadt.
Die während der Stadtbrände 1328 und 1403 beschädigte Kirche wurde jedes Mal sofort wieder instandgesetzt. Das originale Dachwerk des gotischen Turmes stammt z. B. aus dem Jahre 1329, während der Langchor 1344/46 errichtet wurde. Der Altarraum der Kirche wurde 1455 verlängert und ein Dachreiter aufgesetzt. Die nunmehr dreischiffige gotische Hallenkirche aus Sandstein erreichte damit ihre heutige Größe von etwa 40 m Länge und 12 m Höhe (der Turm 62 m). Die Tuchknappen, Spinnerinnen und Krempler bekamen 1475 einen eigenen Altar nebst Messpriester in der Katharinenkirche, auch als Fronleichnamsaltar bezeichnet. Die Kirche soll im Spätmittelalter elf Altäre besessen haben. Das wichtigste Ausstattungsstück ist das monumentale Kunigunden- oder Kalandretabel (Altaraufsatz) aus der Werkstatt von Lucas Cranach d. Ä. Der wandelbare Flügelaltar zeigt die Fußwaschungsszene. Auf den Flügelinnenseiten sind Kurfürst Friedrich der Weise (l.) und Herzog Johann der Beständige (r.) zu erkennen, während auf den Tafeln der Festtagsseite Kaiser Heinrich II. (l.) und seine Ehefrau Kunigunde (r.) zu sehen sind. Eine Szene im Garten Gethsemane, die Kreuzigung auf Golgatha und die Weisen aus dem Morgenland bei der Heiligen Familie (Predella) sind weitere Bilder des Altars. Die Kanzel und der Taufstein wurden wahrscheinlich beide vom Steinmetz Paul Speck um 1538 hergestellt. Die Figur des Auferstandenen Christus stammt vom Zwickauer Bildschnitzer Peter Breuer (um 1497/98). Ein unbekannter Meister schuf den lebensgroßen Echthaarkruzifix.
Die Tätigkeit des reformatorischen Geistlichen Thomas Müntzer verleiht der Katharinenkirche als nationales Zeugnis der Reformationsgeschichte eine herausragende Bedeutung. Der Bildhauer Jürgen Raue schuf 1989 eine Bronzestatue, die vor der Kirche auf dem Kirchhof steht und an den bedeutenden Reformator erinnert. Der Kathartinenkirche wurde 2014 das Europäische Kulturerbesiegel im Netzwerk „Stätten der Reformation“ verliehen.