La chiesa barocca di Santa Caterina sorge sul sedime della precedente costruzione di San Secondo della Torre, un edificio del XI sec., di piccole dimensioni, così denominato per la vicinanza della Torre Rossa (identificata dalla tradizione come il carcere in cui fu rinchiuso il santo, prima del martirio, insieme all’amico Calogero). L'antica fabbrica venne annessa al monastero benedettino di San Secondo fino al 1555 quando passò per accordo di incombenza ai Padri Serviti di Maria, il cui convento nel borgo San Marco, con relativa chiesa dedicata a Santa Caterina, era andato distrutto. Nel 1604 sotto il pontificato di Clemente VII il monastero benedettino di San Secondo e relativa chiesa diventarono parte dei benefici ecclesiastici dell'Ordine Mauriziano ed assunse il titolo di commenda. L'Ordine Mauriziano lasciò in affidamento ai Padri Serviti la chiesa e nel 1732, minacciando questa rovina per ogni sua parte, ed essendo impossibile qualunque restaurazione, ne decideva la demolizione fino alle fondamenta e la ricostruzione. La costruzione della nuova chiesa iniziò anni dopo e terminò agli inizi del 1773, edificata su disegni del vercellese G.B. Ferroggio dall'impresario G.B. Piazza e dedicata a Santa Caterina – in omaggio ai padri Serviti – e ad altri santi: San Secondo ed i Sette Santi Fondatori dei Servi di Maria. La nuova chiesa fu benedetta il 26 aprile 1773 da mons. Caisotti e consacrata il 14 settembre 1818 da Mons. Antonio Faà di Bruno. Dal 1850 al 1967 fu affidata ai frati Minori Osservanti della familia di San Tommaso, successivamente agli Oblati di San Giuseppe fino al 2000 quando è passata al clero diocesano. La chiesa, che ha mantenuto come campanile l'antica torre, si sviluppa all'interno su due registri intorno ad un'ampia aula centrale ellittica su cui si innalzano tamburo e cupola illuminati da quattro finestroni ovali e sormontati da una lanterna con cupolino; la cupola nella decorazione è divisa a spicchi nei quali si alternano i finestroni ovali con i riquadri di quattro santi: san Pietro, san Paolo, San Francesco di Assisi e san Giuseppe con Gesù Bambino; le decorazioni della cupola sono oggetto della campagna decorativa del 1898, insieme ai finti elementi architettonici, alle lesene colorate a finto marmo, alle iscrizione sul tamburo ed alle raffigurazioni ed iscrizioni nel coro.
Dall'aula centrale si dipartono otto vie privilegiate per lo sguardo: l’ingresso con tribuna superiore ed organo a cui si contrappone il presbiterio di forma allungata con coro ellittico, due grandi cappelle aperte che separano rispettivamente coppie di cappelle ellissoidali con deambulatorio. L’esterno di impronta classicista nasconde i giochi di volumi dell'interno; la facciata, ad un registro tripartita con corpo centrale concavo, è delimitata da colonne e lesene corinzie che sostengono il timpano e un'alta cornice superiore.
All'interno l'ancona è opera del pittore torinese Ignazio Nepote e raffigura Maria Vergine che dà l’abito ai sette Beati fondatori dell’Ordine dei Serviti e, sotto, Santa Caterina d'Alessandria e San Secondo. Sulla sommità le statue in stucco bianco rappresentano le virtù teologali - Fede, Speranza, Carità. Lungo le pareti si snodano le quattordici tavole della Via Crucis attribuite allo scalpello ed al pennello di mons. Faà di Bruno, vescovo di Asti, morto nel 1829.
Il grande crocifisso ligneo policromo risale al XVI sec. e verosimilmente apparteneva all'antica chiesa di San Secondo della Torre.