Šv. Kotrynos bažnyčia yra vėlyvojo baroko stiliaus su puošniomis rokoko stiliaus dekoracijomis, pastatyta 1625 – 1743m. Ji pasižymi gausiu dekoru, o jos frontoną puošia du rokoko stiliaus bokštai. Meno istorikai ją laiko tipiškiausiu vilnietiškojo baroko pavyzdžiu. Jam ypač būdingi du liekni, elegantiški bokštai. Šv . Kotrynos bažnyčioje buvo penkiolika dailininko Simono Čechavičiaus tapytų paveikslų, o didįjį altorių puošė didelės meninės vertės paveikslas, kuris vaizdavo Šv. Kotrynos susižiedavimą su Vaikeliu Jėzumi, išlikę paveikslai saugomi Lietuvos dailės muziejuje.

Bažnyčios statybą paskatino pirmosios Kulmo kongregacijai priklausančios benediktinės, kurios į Vilnių atvyko maždaug 1620 m. Iš pradžių bažnyčia buvo nedidukė, mūrinė. Karo su Maskva metu bažnyčia ir vienuolynas smarkiai nukentėjo, o jų atstatymo darbai truko gana ilgai. Po 1741 – 1773 m. architekto Jono Kristupo Glaubico rekonstrukcijos ji buvo išplėsta ir įgijo dabartinę išvaizdą. Bažnyčios fasade vyrauja vertikalios linijos, frontoną ir bokštus puošia voliutos (architektūrinės spiralinės formos puošmenos), vazos ir grakštūs ažūriniai kryžiai. Įspūdingai atrodo ir galinis frontonas su daugeliu reljefų. Šone yra įrengta itin grakšti Apvaizdos koplytėlė (pastatyta 1641 m., o perstatyta 1746 m.). XVIII a. viduryje bažnyčios interjeras taip pat buvo galutinai suformuotas (XIX a. buvo tik nedidelių pakeitimų). Dabar tai vėlyvojo baroko šedevras. Antrojo pasaulinio karo metu ir po jo bažnyčia ir vienuolynas smarkiai nukentėjo, dingo daug vertingų meno kūrinių. Tarybiniais laikais bažnyčia priklausė Vilniaus dailės muziejui, tada joje buvo įrengtas sandėlis. Išlikę paveikslai saugomi Vilniaus dailės muziejuje. 1994 m. buvo pradėti restauravimo darbai (restauruotos abiejų bokštų viršutinės dalys).

2006 metais Vilniaus miesto savivaldybė perdavė Vilniaus mokytojų namams administravimo teises. Dabar bažnyčia garsėja puikia akustika, joje vyksta daug kultūros renginių, koncertuoja Vilniaus miesto savivaldybės įsteigti kolektyvai: Šv. Kristoforo kamerinis orkestras, choras „Jauna muzika” bei berniukų ir jaunuolių choras Ąžuoliukas” ir kiti meno kolektyvai bei atlikėjai.