Церковь построена в 1892 году для рабочих-железнодорожников посёлка Сарыголь. В плане представляет собой равноконечный крест, входом служит портик с небольшой звонницей, украшенной невысокими, расширенными посередине колоннами. Осеняют церковь пять небольших куполов, окрашенных в синий цвет и усыпанных звёздами. Стены на невысоком цоколе расчленены по углам колоннами. Ярче всего в облике церкви запоминаются кокошники разных размеров – закомары, украшенные резным узором.

В 1901-1920 гг. в церкви св. Екатерины служил священник Андрей Иудович Косовский, расстрелянный советскими властями. В 2000 году синодальной комиссией по канонизации новомучеников Российских причислен к лику святых. В молитвах и богослужениях он поминается как Андрей Феодосийский.

В 1937 году церковь св. Екатерины была закрыта и превращена в склад, но в 1941 году открыта немецкими властями и больше не закрывалась, оставаясь одной из немногих действующих церквей в Крыму. Одним из священников послевоенной поры был отец Макарий. Его имя встречается в воспоминаниях Анастасии Цветаевой, бывавшей в то время в Феодосии.

Сейчас бывший посёлок железнодорожников Сарыголь находится в черте города, церковь св. Екатерины расположена между железнодорожной станцией «Айвазовская» и городским автовокзалом. Вокруг неё вырос целый комплекс, включающий в себя помещения для воскресной школы, методического кабинета, библиотеки и гостиницы. Среди недавно возведенных построек есть и новый храм с крестильней полного погружения, который ещё ожидает своего освящения.

Адрес: Феодосия, ул. Федько, 95, тел. 7-10-58 (напротив Автовокзала)
Настоятель: протоиерей Алексий Свитанский.