La chiesa fu edificata entro il 14 agosto del 1387, in un'area donata ai monaci farfensi da un cittadino di Smerillo, in suffragio della propria anima.
Un'ipotesi plausibile è che l'edificio sia stato costruito in occasione della liberazione della città di Fermo dal tiranno Rinaldo di Monteverde, avvenuta nel giorno della festa di Santa Caterina.
Con queste motivazioni, per ingraziarsi la città di Fermo, gli abitanti del luogo avrebbero deciso di erigere dentro le mura una chiesa intitolata alla santa. Altri invece avanzano l'ipotesi che la costruzione sia avvenuta per pubblico voto contro le pestilenze poiché da negli anni tra il 1385-1389, in tutta la marca fermano-ascolana, imperversò la peste.
All'interno dell'edificio, in stile romanico, nella parete di sinistra si posso ammirare degli affreschi del XIV secolo, con le raffigurazioni di santi tra cui Santa Caterina d'Alessandria e San Sebastiano.