Võru linn asutati keisrinna Katariina II tahtel 1784.aastal. 1788.aastal pöördusid kreisilinna Võru elanikud palvega Katariina II poole, et saada luba linna luteriusu kiriku ehitamiseks. Luba saadi ja Katariina II kinkis kiriku ehitamiseks 28 000 hõberubla, toetust ehituskulude katteks koguti ka vabatahtlike annetajate käest. Sisseõnnistamine toimus 24.juulil 1793. Kirikule anti keisrinna auks Katariina nimi.

Kirik on suhteliselt lihtsailmeline, ühelööviline. Välisvormides võib leida sarnasust samal ajal teistes Balti kreisilinnades ehitatud kultusehoonetega. Näeme suuri kaaraknaid petikpindades, rusteeritud liseenidega markeeritud risaliite jms. Küll aga on torn eelkirjeldatud tüübist erinev: igal tahul on segmentfrontooni all kella numbrilaud, dekoratiivmotiivid on sarnased Riia arhitektuurile, mis annab alust oletusele, et kiriku on projekteerinud sealne arhitekt Christoph Haberlandt.

1858.a tabas välk kirikutorni, lõi risti viltu ja jooksis läbi kogu pikihoone altarini, rikkudes altarimaali kullatud raami. Tulekahju ei puhkenud. Hilisebarokse, tugevate varaklassitsistlike tunnusjoontega hoone üks suuremaid kapitaalremonte tehti 1879.a, mil torn sai uue kiivri ja nelja numbrilauaga ajanäitaja. Kuid 18.aprillil 1887.a tuiskas taas üle linna äikesetorm ja seekord põhjustas välgutabamus tornis tulekahju. Suuremaid remonte on kirikus tehtud veel aastatel 1900, 1934, 1957-1958.

Kirikukellasid on vahetatud mitu korda: esimest korda aastal 1860, teist korda 1932.a Praegused terasest kellad on valmistatud 1931.a Saksamaal, Bochumis. Ajalooliselt on olnud tavaks, et igal kellal on peal kiri - sõnum inimeste jaoks. Suuremale kellale, mille läbimõõt on 1,2 m, kaal 850 kg, häälestus fa-diees, on kellale kellameistrite poolt valatud tekst "Põhjatuimaist sügavusist hüüan ma sinu poole, Jehoova! Issand, kuule mu häält, sinu kõrvad pangu tähele mu anumise häält!". Väiksema kella (läbimõõt 1,016 m, kaal 460 kg, häälestus -la) peale on kirjutatud "Rahu olgu teile!". Sees on kirik jagatud pearuumiks (23,7x10,74 m, kõrgus 6,35 m) ja mõlemas otsas asuvateks abiruumideks. Altariosa on kaarja kujuga, aastast 1860. Altarimaal kujutab F.Bogantc`i 1855.aastal St.Peterburis. Maalitud altaripildil "Kolgata" on kujutatud Kristust ristil, maali kinkis kogudusele 1884.a. kindraliproua Bourkoff. Altari vastas asuv praeguse kujuga koorirõdu pärineb aastast 1934. Koorirõdul asuv orel on ehitatud 1913.a kolme venna - Tannil, Juhan ja Jakob Kriisa poolt, see oli orelimeistrite seitsmes orel. Orelit on hiljem mitmel korral täiendatud ja remonditud. Raha oreli ehitamiseks koguti annetustest ja tuluõhtute korraldamisega (oreliõhtud vanal orelil).

Kirik osales ka Vabadussõjas - 1919.a märtsis puhkas siin enne muldasängitamist Vabadussõja kangelase kapten F.Wreemanni põrm, aprillis oli kiriku tornis sõjaväe vaatluspunkt. Pärast Vabadussõda pandi kirikusse elekter, ehitati uus küttesüsteem, tehti mitmesuguseid remonditöid.

Kuni II maailmasõjani oli kiriku juures nii eesti kui saksa kogudus, 1940.aastast jäeti ära saksakeelsed jumalateenistused. Sõjast pääses kirik küllaltki väikeste vigastustega - mürsk, mis langes läbi katuse, ei lõhkenud, purunenud aknaruudud (368 tk) asendati tervetega, orel remonditi ja 1949.aastaks oli sõjahaavade parandamine lõpule viidud. Võru Katariina kiriku organistiks on olnud hulk aastaid praegustele võrulastele rohkem küll kunsti- ja muusikaõpetajana tuntud Paul-Walter Elken.