A igreja, dedicada a São Catharine de Alexandria, foi construída no início do século XIII, mas foi com os dominicanos (1222) que o edifício e o convento anexado tomaram forma como estão hoje.O edifício de duas águas em forma de salão, provavelmente foi concluído em meados do século XIII.Foi construído para responder à necessidade de um grande espaço principalmente para pregar, mas também para adoração e enterrar os mortos.A nave único com telhado treliçado forma um "T" com o transepto, que liderou quatro capelas de variação cruzada.

A frente, concluída na primeira metade do século 14, é um desenvolvimento no estilo gótico da decoração da catedral.Listras de dois tons, em mármore da vizinha San Giuliano, unem os arcos redondos inferiores com os arcos de três lóbulos acima.Estes descansam em colunas com capitais e cabeças humanas.Bustos de santos em alto relevo cercam uma janela central de rosas.A torre sineira, construída em terracota, é atribuída a Giovanni di Simone, que também construiu a da Igreja de S. Francesco e do Camposanto Monumentale.O interior da igreja foi reformado após um incêndio em 1650;Entre as obras estão a sepulcura do arcebispo Saltarelli de Andrea e Nino Pisano, o grande retábulo que descreve o triunfo de St. Thomas, provavelmente o trabalho de Lippo Memmi e Francesco Traini, e a Cathedra de madeira do século XVII que se envolve naquele que St. ThomasDiz -se que tem pregado.

Nos tempos antigos, um grande políptico assinado por Simone Martini ficava no altar principal e na capela de S. Domenico (Cappella Dei Caduti), havia um dossal representando S. domenico e histórias de sua vida assinadas e datadas porFrancesco Traini;Ambos estão agora no Museu de S. Matteo.