-| La grande cupola |-
Di forma ellittica, con una slanciata cupola e cupolino della stessa forma, la chiesa presenta al visitatore un magnifico colpo d'occhio. L'altezza totale dal pavimento a tutto il cupolino supera i 35 metri. La lunghezza della sola parte ellissoidale è di circa 22 metri e la larghezza di 20 metri; ha un'area capace di contenere circa 2000 persone. All'interno, su tutto il contorno della cupola si possono vedere le immagini di quattro santi, S. Pietro, S. Paolo, S. Francesco d’Assisi e S. Giuseppe; al di sotto dei quali capeggia l'iscrizione SANCTA CATHARINA PATRONA NOSTRA PROTEGE NOS DEFENDE NOS SALVA NOS NE PEREAMUS IN TEMENDO IUDICIO.

-| Cupolino |-
Dalla volta del cupolino, magnifico coronamento della grande cupola ed illuminato da quattro grandi finestre ad arco a più centri, si può scorgere lo stemma in legno dell'Ordine Mauriziano, proprietario della chiesa. All'esterno è dominato da una croce metallica alta due metri.

-| Altare Maggiore e Cappelle |-
Si erigono nei due punti simmetrici al centro della chiesa, oltre l'altare Maggiore, in due artistiche cappelle, due altri altari simili in stile barocco. In ciascuna di queste cappelle colpiscono all'occhio due grandi colonne, sostenenti un'artistica cornice con cimasa e delle grandi statue di angeli in stucco. Le due cappelle sono dedicate una alla B.V. Addolorata e l'altra a S. Filippo Benizi ed a S. Giuliana Falconieri, glorie dell'Ordine servita. A sinistra dell'Addolorata è costruita un'altra cappella di stile proprio, di forma semiovale, dedicata un tempo al padre servita S. Pellegrino Laziosi ed ora alla B.V. del Santo Rosario di Pompei. Ai lati della porta principale sono costruite due altre cappelle pure di forma semiovale. A destra entrando, è eretto un altare dedicato un tempo alla B.V. Immacolata ed ora a S. Antonio da Padova. A sinistra dove un tempo stava il Battistero trova posto la statua ex voto di S. Caterina V.M., titolare della chiesa.

-| Presbiterio |-
Merita un accenno anche il presbiterio, pure ellittico, posto fuori della cupola, sotto una volta a botte di rara costruzione, racchiusa fra due archi di forma singolare, determinati dall'incontro di due ellissi. E' arricchito in alto da stucchi e dipinti in oro, ed in basso da un grazioso pavimento e da un'artistica balaustra in marmo rosso.

-| Il Coro |-
Il coro ligneo (in noce) sorge come costruzione a sé, sempre intonata con il resto della chiesa. Fatto costruire nel 1798 dai Padri Serviti, è pure ellittico e riflette tutte le bellezze architettoniche del vaso grande della chiesa, cioè lo stesso numero ci cornicioni, lesene, ecc. L'ellissi del coro come quella del presbiterio, è collocata in senso inverso a quella della grande cupola, cioè tra nord e sud. E' illuminato a sud da un finestrone a più centri simmetrico ad un altro finestrone cieco. Contiene due ordini di stalli, semplici, ma eleganti.

-| Coretti |-
Oltre l'ampia e bella tribuna dell'organo, si ammirano dieci coretti e gallerie tra loro comunicanti a tre a tre difesi ed ornati da artistiche balaustre in legno dorato e da graziose e ricche cornici in stucco.

-| Ornati |-
Nel complesso la chiesa è tutto un ricamo di pilastri sfaccettati, di spigoli, di curve, di stucchi e lesene, che si distendono dal pavimento alla base del cupolino. Le lesene sono intersecate da quattro cornicioni di diverse grandezze, collocati uno sotto e tre sopra i capitelli del tamburo della cupola. Il primo cornicione, dal basso verso l'alto, si distende anche nelle due grandi cappelle, gli altri tre corrono a diversa altezza sopra ai grandi capitelli di stile barocco. Da questi capitelli parte il tamburo della grande cupola, nel quale si aprono quattro grandi finestroni ovali ai quattro punti cardinali. La facciata prospetta perfettamente verso ovest, in modo che i fedeli siano rivolti ad est, come prescritto dalla liturgia latina.

-| L'icona |-
Nel muro principale, come sfondo dell'Altare Maggiore, fa bella mostra una grande tela da poco restaurata, dipinta dal torinese Ignazio Nipote, incastrata in una ricca ed artistica cornice di stucco con cimasa su cui siedono in grandezza naturale le tre virtù teologali. Le due figure principali del quadro rappresentano S. Caterina V.M. e San Secondo Martire astese, contitolari della chiesa: in alto sono rappresentati i sette Santi Fondatori dell'Ordine dei Serviti (Bonfiglio, Bonagiunta, Manetto, Amideo, Uguccione, Sostegno, Alessio) con la Vergine. La ragione dell'aggiunta alle figure principali è nel fatto che l'attuale chiesa fu edificata dai Serviti, che ressero la Parrocchia fino alla soppressione dell'ordine a causa del Governo di Napoleone.

-| La Via Crucis |-
Di pregevole fattura le quattordici tavole d'un solo pezzo, rappresentano in scultura di medio rilievo, le stazioni della Via Crucis, sono attribuite allo scalpello e al pennello di Mons. Antonino Faà di Bruno Vescovo di Asti, morto il 10 novembre 1829 e ora sepolto in questa chiesa.