W 1723 na miejscu dzisiejszej kaplicy rozpoczęto budowę cerkwi dedykowanej św. Katarzynie Aleksandryjskiej. W 1726 cerkiew została konsekrowana i rozpoczęły się w niej regularne nabożeństwa liturgiczne. W pierwszej połowie XVIII w. była to jedna z nielicznych prawosławnych świątyń znajdujących się na terenie Jekaterynburga. Lata zaniedbań i ciężkie warunki klimatyczne sprawiły, że wkrótce stan techniczny obiektu zaczął pozostawiać wiele do życzenia i parokrotnie musiał być on gruntownie remontowany. Ostatecznie w 1747 cerkiew spłonęła. Dziesięć lat później rozpoczęto wznoszenie na tym miejscu nowej świątyni. Budowa rozpoczęła się w 1758, a do konsekracji głównej świątyni nowego soboru św. Katarzyny doszło w 1768. W czasach Imperium Rosyjskiego był on jednym z głównych symboli architektonicznych miasta i zarazem jego największą świątynią. Sytuacja zmieniła się po przewrocie bolszewickim. W lutym 1930 sobór został zamknięty, a w dniach 5–8 kwietnia tegoż roku wysadzony w powietrze.