Die erste Kirche an diesem Ort wurde 1763 unter dem Astrachaner Bischof Methodius erbaut und stellte den nordöstlichen Turm dar. Die Kirche wurde zu Ehren des Heiligen Methodius, des Patriarchen von Konstantinopel, geweiht. Im Laufe der Zeit erfuhr der Tempel mehrere Umbauten, die sein Erscheinungsbild veränderten. Bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts war das Gebäude so baufällig, dass die Durchführung von Gottesdiensten lebensgefährlich wurde, weshalb die Kirche geschlossen und über ihren Abriss nachgedacht wurde.

1876 starb die ehrenwerte Astrachanerin Jekaterina Fjodorowna Bashkina. In ihrem Testament äußerte sie den Wunsch, im Pokrowo-Boldinski-Kloster eine Kirche zu Ehren der heiligen Märtyrerin Katharina, ihrer himmlischen Patronin, zu errichten und ihre sterblichen Überreste dorthin zu übertragen. Für den Bau der Kirche und deren zukünftige Erhaltung hinterließ sie ein beträchtliches Vermögen. Es wurde beschlossen, eine neue Kirche anstelle der alten Methodius-Kirche zu errichten.

Der Testamentsvollstrecker von Jekaterina Fjodorowna, der Kollegialsekretär Iwan Grigorjewitsch Tschudnowski, übernahm den Bau, der bis 1894 abgeschlossen war. Allerdings wurden im von Tschudnowski erbauten Tempel zahlreiche Mängel festgestellt, und er wurde vollständig abgerissen. Der neue Bau begann auf Initiative des Archimandriten des Klosters Mitrophan Semljanski.

Die Kirche wurde erst 1908 fertiggestellt und am 8. Juni, am Tag des 200-jährigen Bestehens des Pokrowskij-Klosters, geweiht. Dieses Ereignis beeinflusste den Namen der neuen Kirche. Sie wurde vom Astrachaner Bischof Georgij Orlow zu Ehren des Heiligen Methodius, des heiligen Sampson von Hospiz und der heiligen Märtyrerin Katharina geweiht. In der Sowjetzeit wurde das äußere Erscheinungsbild der Kirche verändert, und die innere Ausstattung ging verloren.

In den 1970er Jahren wurde auf dem Gelände des ehemaligen Klosters das 1. städtische Tuberkulosekrankenhaus untergebracht, heute ist es eine Tuberkulose-Dispensary. Im Gebäude der Kirche befanden sich ein Krankenhauslabor und ein Archiv. Derzeit wurde auf der Kirche eine Zwiebelhaube mit Kreuz wiederhergestellt. Am 6. Juli 2012 wurde in der Katharinenkirche ein Gottesdienst abgehalten, und am 11. Mai 2013 fand hier die erste Göttliche Liturgie nach der Schließung des Klosters statt. Die Wiederherstellung der Kirche begann.

Die Kirche wurde im neorussischen Stil erbaut, ohne Speisesaal, und hat kleine Ausmaße, die an eine Kapelle erinnern. Ursprünglich wurde sie von einem eisernen, spitzen Dach mit einem glänzenden, vergoldeten achtzackigen Kreuz und einem „Apfel“ gekrönt. Solche Kreuze und „Äpfel“ kleinerer Größe schmückten die vier seitlichen Giebel. Im südöstlichen Teil des Altars gab es breite Türen, die in die Gruft führten, wo die Stifterin der Kirche, J. F. Bashkina, ruhte. In der Gruft befand sich ein Ikone der heiligen Märtyrerin Katharina, vor der ständig eine Lampe brannte.