La localidad de Santa Catarina Mechoacán es mencionada en descripciones geográficas del siglo XVIII como perteneciente al curato de Santa María Huazolotitlán. En la segunda mitad del XIX aparece una breve nota sobre el templo que dice: “Tiene una iglesia de adobe y teja, de arquitectura común pero espaciosa”.
El conjunto religioso está emplazado sobre un terreno plano, conformando el centro de la población. Está compuesto por el atrio, con piso de tierra sin una delimitación real; el templo, dispuesto sobre un eje oriente-poniente, con el sotocoro y coro, nave y presbiterio.
La fachada principal es de un cuerpo de paramento liso, con un pórtico a manera de nártex que le da sombra al vano de acceso, enmarcado por jambas y con un arco de medio punto. En la parte alta hay un vano cuadrangular con un alero de teja; el remate es en forma triangular, siguiendo la doble pendiente de la techumbre. En ambos costados hay contrafuertes que ciñen el imafronte.
Los costados de la nave son también paramentos lisos, seccionados en cuatro tramos por contrafuertes. En el lado norte se ha construido recientemente un cuerpo para uso de almacén y escalinata hacia la azotea. Existen vanos de acceso lateral en la parte media de la nave y de iluminación en el segundo y cuarto tramos. El ábside tiene el mismo perfil del imafronte, con robustos contrafuertes en el lado sur y en el centro.
En el interior, el espacio se desarrolla de manera continua, a partir del primer entreje ocupado por el sotocoro, cubierto por una viguería plana y un entablado como piso para el coro. El presbiterio tiene un nivel de piso superior al de la nave y aloja un retablo de estilo neoclásico de buena manufactura; la sacristía se ha acondicionado en la parte posterior de este.
Los muros son de bloques de adobe; los contrafuertes, de mampostería de piedra y tabique de arcilla cocida. La techumbre es de vigas y morillos de madera, con el sistema de par y nudillo, con una cama de carrizo y teja de arcilla como recubrimiento. Los paramentos tienen una capa de recubrimiento y pintura a la cal.
