Après la visite de la famille impériale à Ekaterinodar en 1888 et leur miraculeuse survie lors d'un accident de train, l'idée de construire la cathédrale Catherine a émergé. Un an plus tard, la douma municipale a décidé de fonder dans le temple des autels en l'honneur des saints patrons de la famille d'Alexandre III : saint Alexandre Nevski, sainte Marie Madeleine, saint Nicolas le Thaumaturge, saint grand martyr Georges, saint prince Michel de Tver, sainte Xénie et sainte princesse Olga. L'autel principal a été dédié à sainte Catherine, la patronne de la ville. La collecte de fonds et la préparation à la construction ont pris de nombreuses années. La conception du temple a été confiée à l'architecte municipal I.K. Malgerb, diplômé de l'institut des ingénieurs civils, et les calculs d'ingénierie ont été réalisés par B.K. Pravdzik. En 1898, le projet a été achevé.

Architecturalement, le temple ressemblait à la cathédrale de Novocherkassk : cinq coupoles, un clocher au-dessus de l'entrée principale, la décoration des fenêtres et le décor des façades. La composition était complétée par deux chapelles symétriquement situées près de l'entrée principale, ainsi que des chapelles dans la crypte. Le temple devait devenir le plus grand de la région de Kouban. Le projet a été approuvé par la douma municipale, et la construction a commencé. La pose de la première pierre a eu lieu le 23 avril 1900. La construction a été retardée en raison d'un manque de fonds et d'événements politiques. Les travaux de construction générale n'ont été achevés qu'en 1911, et en septembre, des croix ont été installées sur les coupoles. Ensuite, les finitions ont commencé, confiées à la Société des artistes russes. Les fresques couvraient des zones clés des murs, des voûtes et des coupoles, et environ soixante-dix scènes du Nouveau Testament et des saints devaient être représentées parmi des ornements « byzantins » et « vieux-russes ». La création d'un iconostase richement décoré en marbre était également prévue. La consécration de la cathédrale a eu lieu le 23 mars 1914, mais les travaux d'aménagement intérieur ont continué encore plusieurs années.

Après la révolution, la cathédrale est devenue rénovatrice, mais cela ne l'a pas protégée des persécutions. Les valeurs ecclésiastiques ont été saisies, et en 1931, les sonneries des cloches ont été interdites. Grâce aux efforts d'I.K. Malgerb, la cathédrale a pu être préservée, mais elle a été fermée et utilisée comme entrepôt. L'activité de la cathédrale a repris en 1944 après la libération de Krasnodar des nazis. Les noms des chapelles ont été changés en chapelle de l'Assomption, chapelle de la Résurrection, chapelle de l'Annonciation, chapelle de Saint Serge et chapelle de Sainte Barbe, tandis que la chapelle principale a conservé le nom de Catherine. À l'occasion du millénaire du baptême de la Russie, la cathédrale a été rénovée avec de nouvelles fresques murales et un nouvel iconostase. En 1990, la cathédrale a acquis un clocher avec sept cloches modernes, et en 1992, la cloche « Blagovest » pesant une tonne et demie. Aujourd'hui, la cathédrale compte 12 cloches.