Ubrana jest w białe szaty i wytworną ciemnobrunatną suknię na ramiączkach z licznymi ozdobnymi aplikacjami. Święta została ukazana na ciemnobrunatnym tle, rozjaśnionym lekko po lewej stronie.
Jest to przykład wcześniejszej twórczości Caravaggia, w której to malarz kładzie nacisk na obserwację światła. Efekt chiaroscuro przybiera tutaj wysublimowaną formę – specyficzny dla tej fazy modelunek światłocieniowy nie tylko został osiągnięty przez ukośny kierunek padania światła, lecz także dzięki teatralnemu upozowaniu świętej, kobieta zwraca się twarzą w prawo, natomiast wzrok kieruje w przeciwną stronę. Ponadto kontrasty pomiędzy światłem i cieniem są bardzo zróżnicowane. Malarz operuje licznymi diagonaliami, ramiona świętej mocno opadają w dół, w lewo, podobny układ przybiera palma, zaś miecz ułożony został prostopadle w stosunku do palmy.
Należąca do grona świętych Dziewic Katarzyna z Aleksandrii znana była z niezwykłej urody i mądrości, którą wykazała w dysputach. Żyła w III w. n.e. w dobie ostatniej fali prześladowań chrześcijan przed edyktem mediolańskim. Cesarz rzymski Maksencjusz skazał Katarzynę na śmierć przez łamanie kołem. Święta przeżyła tę egzekucję, dlatego też postanowiono ściąć ją mieczem.