Ο ναός της Αγίας Αικατερίνης βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Άνω Πόλης, στην οδό Τσαμαδού, κοντά στα βυζαντινά τείχη. Είναι κτίσμα χαρακτηριστικό της λεγόμενης «Μακεδονικής Σχολής», είναι δηλαδή σύνθετος τετρακιόνιος σταυροειδής εγγεγραμμένος με πέντε τρούλους και κλειστή περιμετρική στοά που απολήγει ανατολικά σε δύο συμμετρικά παρεκκλήσια. Με πιο απλά λόγια ο ναός διαμορφώνεται με τέσσερις καμάρες πάνω στις οποίες στηρίζεται ο κεντρικός τρούλος ο οποίος είναι εγγεγραμμένος σε τετράγωνο σταυρό. Γύρω από το τετράγωνο της βάσης του τρούλου αναπτύσσεται προς τις τρεις κατευθύνσεις (νότος, δύση, βορράς) ένα χαμηλωμένο κλίτος, που δίνει μεγαλύτερη ευρυχωρία στον ναό και προσθέτει κομψότητα και μορφολογικό ενδιαφέρον, καθώς στις τέσσερις γωνίες του κλίτους ανυψώνονται ισάριθμοι τρούλοι, πιο χαμηλοί από τον κεντρικό που κυριαρχεί.
Ο ναός αρχικά δεν ήταν αφιερωμένος στην Αγία Αικατερίνη, αλλά – σύμφωνα με ορισμένους ερευνητές και με βάση κάποια στοιχεία του εικονογραφικού του προγράμματος – είχε κτιστεί προς τιμή του Ιησού Χριστού, ενώ πιστεύεται επίσης ότι αποτελούσε το καθολικό της Μονής του Χριστού Παντοδύναμου. Μετά την απελευθέρωση της πόλης το 1912 ο ναός αποδόθηκε και πάλι στη χριστιανική λατρεία και το μνημείο συνδέθηκε – άγνωστο για ποιον λόγο ή με ποια αφορμή – με την Αγία Αικατερίνη και σήμερα πλέον φέρει το όνομά της.
Ο ναός είχε υποστεί πολλές διαφοροποιήσεις και επεμβάσεις, ιδιαίτερα με τη μετατροπή του σε τζαμί, που έγινε στα χρόνια του σουλτάνου Βαγιαζήτ Β (1481-1511) από τον μπεηλέρμπεη Yakυp Pasa, από τον οποίο πήρε και την ονομασία Γιακούπ πασά τζαμί. Τότε περίπου κτίστηκε και ο μιναρές, ο οποίος κατεδαφίστηκε μετά την απελευθέρωση της πόλης. Πολλές από τις επεμβάσεις αποκαταστάθηκαν με τις αναστηλωτικές και στερεωτικές εργασίες του 1946. Αφαιρέθηκαν τα κονιάματα που είχαν προσθέσει οι Τούρκοι, για να αποκαλυφτούν οι πολύ ενδιαφέρουσες τοιχοποιίες στο εξωτερικό και στο εσωτερικό τμήματα τοιχογραφιών σύγχρονων με τον ναό.
Σήμερα σώζονται: στην κόγχη του Ιερού Βήματος Ιεράρχες που συλλειτουργούν και η Κοινωνία των Αποστόλων. Στον κεντρικό τρούλο προφήτες και άγγελοι γύρω από τον κατεστραμμένο σήμερα Παντοκράτορα. Στον κυρίως ναό παραστάσεις από τα θαύματα του Κυρίου (Γάμος της Κανά, Θεραπεία παραλύτου, Ίαση του τυφλού, Ίαση του λεπρού, Ο Χριστός που ησυχάζει τα νερά της λίμνης και ο Διάλογος του Χριστού με τη Σαμαρείτιδα). Επίσης, υπάρχουν και οι τοιχογραφίες της «Γέννησης», της «Υπαπαντής», της «Προσκύνησης των Μάγων» και της «Πεντηκοστής».
Στο δυτικό σκέλος του περιστώου σώζονται μορφές αγίων, κυρίως ασκητών και στηλιτών. Στο βορειοδυτικό τρούλο υπάρχει ο «Χριστός Εμμανουήλ». Στο νάρθηκα αναπτύσσεται η «Δευτέρα Παρουσία».
Για τις τοιχογραφίες αυτές προτάθηκε μια χρονολόγηση γύρω στο 1315. Τα ζωηρά τους χρώματα, τα πλούσια διακοσμημένα αρχιτεκτονήματα, οι δυναμικές μορφές με το ελεύθερο πλάσιμο συνοψίζουν τα βασικά γνωρίσματα της τέχνης του πρώιμου 14ου αι
