Osim godine rođenja (koja ipak nije sasvim sigurna) i podatka da je 304. godine podnijela mučeništvo u Aleksandriji, malo se zna o Katarininu životu, a stvarne podatke teško je razlučiti od legende. Prema predaji, Katarina je bila lijepa mlada Egipćanka koja je, u trenutku kad je upravitelj Maksimin Daja preuzimao vlast u Aleksandriji, bila pozvana na svečanost koja je uključivala i pogansko žrtvovanje životinja. Katarina je odbila u tome sudjelovati zbog svoje kršćanske vjere.
Maksimin Daia, koji je došao na vlast u rimskim afričkim provincijama naslijedivši rođaka Galerija, zaljubio se u Katarinu tako jako da je odlučio rastaviti se od svoje žene te oženiti Katarinu. Mlada ga je kršćanka najodlučnije odbila. On ju je tada suočio s pedesetoricom filozofa s namjerom da je oni uvjere kako Krist, jer je umro na križu, ne može biti Bog. No Katarina, služeći se govorničkom vještinom, a još više dobrim poznavanjem filozofije i teologije, pridobila je na svoju stranu mudrace koji, rasvijetljeni milošću, prionuše uz kršćanstvo. U očima pogana dvostruko poraženi, zadobiše mučeničku krunu jer ih je Maksimin stavio na muke i pogubio.
Ne mogavši Maksimin slomiti Katarinu, razbjesnio se i dao načiniti posebno mučilo: kotač s bodežima, koji će je sasjeći. No to se mučilo raspalo. Tada je mučenica odvedena izvan grada pa joj je odrubljena glava.
Prema kasnijoj legendi anđeli su tijelo sv. Katarine prenijeli na Sinaj i ondje ga pokopali. U blizini toga mjesta kasnije je podignut manastir sv. Katarine koji postoji još i danas, a Katarinini ostaci prenijeti su u pripadajuću crkvu. Oskudni izvještaji o Katarininu životu kroz povijest su bacali sumnju na njezino stvarno postojanje, pa je to vidljivo i u bogoslužju Katoličke crkve, koja je spomen svete Katarine 1969. isključila iz liturgijskog kalendara, da bi ga onamo vratila 2002. godine.
Spomendan joj se slavi 25. studenog u Katoličkoj Crkvi, a u pravoslavnoj se slavi 24. studenog, što je 7. prosinca u gregorijanskom kalendaru ako se primjenjuje julijanski kalendar.
