Catharina kwam volgens de populairste legende uit een roemrijk patriciërsgeslacht en was de dochter van Costus, de gouverneur van Alexandrië. Ze kende alle werken van Plato uit haar hoofd toen ze nog maar vijftien was.
Ze was de Heer met hart en ziel toegedaan, en beloofde hem haar maagdelijkheid. Nauwelijks had ze dat gedaan, of keizer Maxentius werd verliefd op haar. Op haar weigering om met hem te trouwen, wilde hij haar dwingen haar geloof af te zweren onder bedreiging met gruwelijke folteringen. Ook stuurde hij zijn veertig heidense filosofen op haar af om haar te bekeren, maar dit pakte een beetje verkeerd uit: in plaats van Catharina werden de filosofen bekeerd, en wel tot het christendom.
Daarop wilde hij haar laten verpletteren met een rad waarop scherpe ijzeren punten waren gemonteerd. In plaats van Catharina brak echter het rad, getroffen door de bliksem. Hij wilde haar laten verbranden, maar het vuur waaide uiteen en verbrandde de beulen. Uiteindelijk lukte het dan toch haar te onthoofden. Uit haar halswond stroomde melk die de stad van de pest bevrijdde.
In de christelijke kunst is een rad het vaste attribuut waarmee deze heilige wordt afgebeeld. Rood is de kleur van Catharina en komt zichtbaar terug in de gilde uniformen.