Екатерина отвергла предложенные ей богатство и славу взамен отречения от своей веры. После этого император приказал пытать ее, а после пыток бросить в темницу. Супруга Максимина, императрица Августа, пожелала лично увидеть мученицу и в сопровождении нескольких придворных дам посетила Екатерину. Пленница, поговорив с императрицей и ее свитой, убедила их в том, что истинной верой является христианская. На следующий день Екатерину привели на суд, где предложили отречься от христианской веры и принести жертву римским богам, но святая отказалась от этого. Ей назначили жестокую казнь – колесование. Мученица сама подошла к орудию смерти, но оно было поломано святым ангелом и не причинило Екатерине никакого вреда, потому что сломался один из механизмов машины. После увиденного, царедворец вместе с двумя сотнями воинов обратили свою веру к Христу и тут же были убиты. После этого, надеясь на то, что вера Екатерины дрогнула, император предложил ей стать его женой и отречься от веры, но святая была непреклонна и ответила отказом. Тогда было приказано отрубить ей голову. Это случилось в 307 г. 24 ноября (7 декабря). Именно в этот день церковь чтит имя святой великомученицы Екатерины.
Мощи святой были перенесены на одну из вершин Синайской горы, эта вершина теперь носит название Екатериновская. У подножия горы императором Юлианом был основан монастырь, куда были помещены мощи великомученицы. Монастырь до сих пор носит ее имя. Самым чтимым и святым местом на территории монастыря является часовня Неопалимой Купины. В монастыре находится одна из самых богатых библиотек в мире, многие ее книги настолько уникальны. Этот монастырь известен православным всего мира. И на протяжении длительного времени можно проследить его связь с Россией. Монахи этого монастыря не раз обращались с просьбой к Москве принять их под свое попечение, и в 1690 г. монастырь получил грамоту, по которой он официально именовался русским. Русскими мастерами были сделаны две арки, предназначенные для мощей святой, на одной из них она изображалась в полный рост. Стоит заметить, что обе они были изготовлены из серебра. Изображения святой сохранились на самых древних фресках и иконах в новгородских церквях, Спаса-Нередице (1199 г.) и, Спаса-на Ковалеве (1380 г.). Образы святой выполнены в свойственной тому времени византийской манере: тонкий прямой нос, широкие брови и большие глаза. Есть подобные изображения и в других землях, например в Псковской, Рязанской, Смоленской. Причем в Смоленске был основан монастырь, к созданию которого приложил руку сам Василий III. Он по-особенному почитал святую и перед самой смертью молился ее образу и прикладывался к частице ее мощей.