Κατά τη διάρκεια των διωγμών του Αυτοκράτορα Μαξιμίνου, στις αρχές του 4ου αιώνα, ομολόγησε την πίστη της στον Ιησού Χριστό και δημοσίως κατηγόρησε τον Αυτοκράτορα για τις θυσίες του προς τα είδωλα. Εκείνος διέταξε πενήντα ρήτορες από όλη τη αυτοκρατορία να τη μεταπείσουν, αλλά αντιθέτως αυτοί πείσθηκαν από εκείνη, από τα ρητά των αρχαίων ελλήνων φιλοσόφων, τα σχετικά με το αληθινό Θεό, και επίστευσαν στο Ιησού Χριστό. Μετά από αυτό η Αγία βασανίσθηκε σκληρά, αλλά αντί να καμφθεί το ηθικό της κατόρθωσε με το ένθεο παράδειγμά της να προσελκύσει στη Χριστιανική πίστη τη σύζυγο του Αυτοκράτορα και άλλα μέλη της Αυτοκρατορικής Αυλής.
Κατά την παράδοση, μετά από το αποκεφαλισμό της, άγγελοι παρέλαβαν το σώμα της και το μετέφεραν στην κορυφή του υψηλότερου όρους του Σινά, το οποίο σήμερα φέρει και το όνομά της. Ανάμεσα στον 8ο με 9ο αιώνα η ύπαρξη του αγίου λειψάνου αποκαλύφθηκε σε όνειρο Μοναχών της Μονής, οπότε και έγινε η ανακομιδή και η τοποθέτησή του στο Άγιο Βήμα του Καθολικού της Μονής, μέσα σε μία μαρμάρινη λάρνακα. Το μύρο που ανάβλυζε και ακόμη αναβλύζει από τη Αγία Κάρα της αγίας είναι ένα συνεχές θαύμα. Η ευλάβεια προς τη αγία Αικατερίνα και το όνομά της διαδόθηκε στη Δύση από τους Σταυροφόρους, και από τον 11ο αιώνα και μετά η Μονή του Θεοβαδίστου Όρους Σινά άρχισε να γίνεται γνωστή και ως Μονή της αγίας Αικατερίνης
