Святая Екатерина, по преданию, родилась в Александрии в 287 году. Она была знатного рода и отличалась светлым умом, ученостью и красотой. Согласно житию, она изучила творения всех древних поэтов и философов, хорошо знала мудрецов древности, сочинения знаменитейших врачей — Асклипия, Гиппократа и Галина, училась ораторскому искусству и знала многие языки и наречия. Сирийский монах, обративший ее в христианство, крестил ее именем Екатерина.

Мученическую смерть она приняла в начале Великого гонения на христиан, начатого в 303-304 годах императором Диоклетианом, от его соправителя Максимиана. Историк Лактанций пишет о нем, что это был человек «от природы жесткий», склонный доводить меры Диоклетиана до крайних пределов. Поэтому в тех областях империи, где правил он, было много мучеников, особенно на африканских территориях, где гонение было принято христианами с особенным одушевлением.
Подлинного мученического акта святой Екатерины не сохранилось. Многие историки считают, что именно ее историю передает Евсевий Кесарийский, не называя ее имени:

«Одна из женщин, предназначенных служить сластолюбию тирана, христианка, очень известная и блиставшая в Александрии, победила страстную и безудержную душу Максимина своей мужественной твердостью. Она славилась богатством, родовитостью, образованием и сочла все это второстепенным сравнительно с целомудрием. Он умолял и упрашивал ее, но был не в силах убить готовую к смерти; побеждаемый более страстью, чем гневом, он наказал её ссылкой и забрал всё её имущество».

Руфин в латинском переводе «Церковной истории» Евсевия называет эту женщину Доротеей — так звали святую Екатерину до крещения. А Цезарь Бароний предполагает, что Екатерина могла вернуться из ссылки, о которой пишет Евсевий, и принять мученическую смерть у себя на родине в Александрии.

Кто и как забрал и похоронил ее останки после казни, не известно. В середине VI века их обнаружили монахи Преображенского монастыря на горе Синай, опознав их по кольцу, и перенесли в монастырскую церковь. С XI века обитель стала называться монастырем святой Екатерины.

Его всегда особо опекали русские цари: в 1375 году в Москву за милостыней для него приехал митрополит Макарий, Иван Грозный направил к восточным патриархам посольство с златотканым покровом для Синайского монастыря на мощи святой Екатерины, а когда в 1625 году с просьбой о помощи монастырю к царю Михаилу Федоровичу обратился Александрийский патриарх Герасим, тот оказал такую помощь, что монахи в благодарственном письме назвали ее «манной небесной», да еще пожаловал грамоту, дававшую право приезжать за милостыней раз в четыре года. Император Александр II подарил обители новую раку для мощей святой Екатерины, а для монастырской колокольни прислал 9 колоколов.

В 2002 году монастырский комплекс был включен ЮНЕСКО в список объектов Всемирного наследия.

.