Denne Kirkes historie går langt tilbage, til engang før 1100-tallet, hvor man første gang finder den nævnt i kilderne. Der var ganske vist her tale om en anden - og på et tidspunkt også større - bygning. Og viet til en anden helgen, samt med et andet navn.

Den gamle Kirke, som var viet til Jomfru Maria, omtales i tidens løb med mange forskellige navne, såsom Santa Maria in Caterina eller Santa Maria de Catinariis. - Man kan læse om denne bygnings historie her!

Kort efter 1549 malede kunstneren Girolamo Muziano altertavlen til det 1. alter i højre side.

I 1569 lod Lavinia De Monte, som var gift med Giulio Cesi, opsætte og dekorere et alter i den 3. niche til venstre. På søjlerne opsattes her 2 marmorsten med familiernes våbenskjolde.

I slutningen af 1500-tallet var den gamle kirkebygning så forfalden, at den måtte rives ned, og en helt ny bygning blev så i 1580'erne opført sammen med det tilstødende kloster, der ligger til venstre for Kirken. Det var ved denne lejlighed, at Kirken viedes til helgeninden Santa Caterina d'Alessandria, på hvis festdag den 25. November byens gammeljomfruer ("le zitelle") tænder et lys.

Arkitekten Ottaviano Mascherino har været nævnt som bygmester, men det lader til, at han kun har været involveret i Kirkens nye indre, da Middelalder-facaden skal have været bevaret helt op til 1700-tallet.

I 1623 døde Nicolò Bonarelli, som var del af Kardinal Odoardo Farnese's hof . En gravsten for ham blev opsat i Kirkens 1. niche til venstre.

Kort før 1686 fremstilledes Kirkens oprindelige loft af N. Bolognese. Det erstattedes senere af det nuværende.

Efter mange års tovtrækkeri mellem Kirken San Lorenzo in Damaso og Peterskirken, der begge ønskede at få Santa Caterina under sig, endte det med, at Capitolo di San Pietro vandt. (Man kan se deres emblem flere steder på bygningerne, blandt andet på Klosterets hushjørne).

I 1700-tallet fik Kirken altså sin nye facade, som for nylig er blevet renset og pudset op i en lys farve. Man antager, at facaden blev opsat kort før 1730, hvor Kirken blev genindviet efter de mange års stridigheder mellem San Lorenzo in Damaso og Capitolo di San Pietro.

I 1728 døde juristen og digteren Giovan Battista Grappelli, for hvem der er opsat en gravsten i Kirkens 1. niche til venstre.

I 1782 døde kobberstikkeren Giuseppe Vasi og hans søn lod opsætte et gravmæle for sin fader i Kirkens 1. niche til venstre.

I 1800-tallet blev Kirkens gamle sideindgang fra Via In Caterina tilmuret. Den oprindelige portal kan stadig ses i sidegaden.

I 1824 opstilledes midlertidigt i Kirkens 2 niche til venstre maleriet "Miracolo di Santa Valeria". Det blev senere flyttet og en kopi kan idag ses som altertavle.

I 1855 indrettes i 2. niche til højre et alter for Il Santissimo Crocifisso. Her ophængtes et gammelt krucifiks i træ, som menes udført af en flamsk kunstner i 1500-tallet. Samme år lod Kardinal Mario Mattei opsætte et nyt alter i den venstre apsis. Dette blev viet til helgenerne San Pietro og San Paolo.

I 1857 og 1879 blev der foretaget restaurering af bygningen. Den sidste gang efter ønske af Kardinal Edoardo Borromeo, som her lod forny nogle af sidealtrene.

Få år senere opsattes loftet, som er i træ med kassetter, udskæringer, dekorationer og forgyldninger, samt Pave Sixtus V's våbenskjold. Loftet stammer fra den kort før nedrevne kirke San Francesco dei Mendicanti.

I 1932 overgav Capitolo di San Pietro Kirken til lægbroderskabet Arciconfraternita di sant'Anna dei Palafrenieri, der ellers havde holdt til i Kirken af samme navn, som lå i Vatikan-området. Samtidig ophørte bygningens funktioner som sognekirke.

I 1933 opsatte Kirkens nye ejere et alter til deres beskytter, Sant'Anna, i den 3. niche i højre side. Samtidig opstilledes der en række korstole i træ i apsis i hver side.