Budowę kościoła św. Katarzyny rozpoczęto w 1346 r. od wykopów przy obecnej absydzie i prezbiterium. Został on wzniesiony na tym samym miejscu, gdzie już wcześniej, mniej więcej od 1280 r., istniał kościół drewniany ku czci św. Katarzyny. Obecny kościół wybudowany był przypuszczalnie jako trzeci w Braniewie. Katedra p.w. św. Andrzeja Apostoła, była pierwszym kościołem i wybudowana była za czasów biskupa Anzelma (1250 – 1278), po uzyskaniu praw miejskich przez Braniewo w roku 1254. Katedra św. Andrzeja znajdowała się prawdopodobnie przy dzisiejszej ul. Morskiej, pomiędzy cmentarzem a Sanktuarium Krzyża Świętego. W czasie drugiego powstania pruskiego w 1261 r. wszystko spłonęło w pożarze.
W 1381 r. została ukończona budowa chóru i korpusu kościoła św. Katarzyny. Od 1399 r. świątynia była w pełni użytkowana, ale do ostatecznego ukończenia prac minęło jeszcze wiele lat. Około 1426 r. rozpoczęto prace przy budowie, wspaniale zaprojektowanej, wspinającej się ku niebu, potężnej wieży. U jej stóp powstały dwie kaplice. Prace zostały zakończone w 1442 r. We wdzięcznej pamięci pozostały nazwiska budowniczych – murarzami byli Berndt i Perkun, zaś cieślą mistrz Jan. Nad obszernym, trzynawowym wnętrzem kościoła, rozciągało się piękne, bogato wykonane, gwiaździste sklepienie.
Około 1500 r., biskup Łukasz Watzenrode założył na wschodniej stronie północnej nawy bocznej, murowaną emporę, zamkniętą od dołu gwiaździstym sklepieniem, a w kierunku nawy środkowej umieszczono jego herb. W XVII wieku, kościół otrzymał bogate wyposażenie wnętrza, świadczące o uzdolnieniach artystycznych i rzemieślników rodzimych. Ołtarz główny znajduje się od 1753 r. w Nowym Stawie (Pomorze Zachodnie). Oprócz licznych ołtarzy, kościół otrzymał również ozdobne, drewniane stalle kapłańskie oraz ławy dla radców miejskich. Na szczególną uwagę zasługiwał także żyrandol wiszący w środku kościoła oraz ołtarz z kaplicy maryjnej - jedno i drugie pochodzące z XVI wieku. W 1726 r. zostały ukończone prace przy montowaniu dużych organów, z barokowym obramowaniem, zaś małe organy, znajdujące się na przedniej emporze, powstały w 1725 r.
Kościół i wieża z biegiem czasu ulegały wielokrotnym uszkodzeniom. W 1480 r., na skutek uderzenia pioruna, uległa zniszczeniu wieża i część sklepienia. W czasie wojny pruskiej (1520) wieża i sklepienie ponownie mocno ucierpiały. W 1526 r. zniszczoną wieżę odrestaurował mistrz Niklis z Ornety. Kaplica Matki Bożej, Znajdująca się na południowej stronę wieży, grożąca zawaleniem, została w 1721 r. rozebrana i na nowo wybudowana w stylu barokowym. W 1772 r. od strony północnej kościoła, zostało dobudowane nowe wejście. W latach 1855 – 1858 wschodni szczyt otrzymał nowy kształt. W okresie od 1890 – 1893 nastąpiła gruntowna renowacja kościoła, przeprowadzona pod nadzorem konserwatora Persiusa.
Pod koniec drugiej wojny światowej (1945 r.) kościół wraz z wieżą doznały największych zniszczeń w okresie swej 600 – letniej historii. Podczas wycofywania się, Niemcy wysadzając wieżę (potencjalny punkt obserwacyjny Rosjan), zniszczyli przy okazji znaczną część obiektu. Z potężnej wieży, o wysokości 63 m, pozostał tylko jeden wysoki narożnik, wznoszący się ku niemu jak upominający palec. Dach kościoła wraz ze swoim wspaniałym sklepieniem, leżał w gruzach. Z murów głównych kościoła, zachowały się w całości jedynie strona południowa i połowa strony północnej oraz chór wschodni. Z dziesięciu masywnych filarów, dziewięć zostało przeciwstawić się niszczącym siłom. Przez wiele lat usiłowano zachować tę majestatyczna ruinę jako pomnik ostrzegający przed tragedią wojny. Dzięki staraniom biskupów warmińskich, ruiny kościoła wróciły w posiadanie diecezji. Pozwoliło to w 1979 r. na rozpoczęcie odbudowy i odrestaurowanie świątyni, które to zadanie Kuria Biskupia zleciła księdzu Tadeuszowi Brandysowi. Dzisiaj nazywają w Braniewie księdza prałata Tadeusza Brandysa Wielkim Budowniczym. Od 1982 r. znowu odprawiane są w niej nabożeństwa. W pokrywanie kosztów odbudowy kościoła włączyli się także katolicy niemieccy, żyjący na tym terenie do 1945 r.
Kościół św. Katarzyny jest gotyckim kościołem halowym o długości 41 m (z prezbiterium i wieżą – 61 m) oraz 25 m szerokości. Jego trójnawowe wnętrze tworzy dziesięć ośmiokątnych, masywnych filarów, ustawionych w dwóch rzędach. W 2001 roku kościół św. Katarzyny w Braniewie otrzymał tytuł i godność Bazyliki Mniejszej.