I documenti attestano la presenza di una chiesa medievale commissionata da Carlo I d’Angiò sul finire del XIII secolo. L’aspetto attuale in stile rinascimentale si deve al progetto elaborato dagli architetti Francesco da Sebenico, aiutato dal figlio Giovanni, e Giovanni da Corfù. La facciata tripartita in sezioni suggerisce l’articolazione interna a tre navate. Molto interessante il portale fiancheggiato da due colonne corinzie su telamoni, colonne raffiguranti uomini che sostengono il peso della trabeazione. In asse con l’ingresso si apre una finestra circolare, tecnicamente una "ruota di santa Caterina", chiamata così dallo strumento, la ruota, utilizzato per martirizzare la santa. Sul versante che si affaccia su via Vittorio Veneto si stagliano motivi decorativi ancora molto legati allo stile romanico-pugliese, sebbene realizzati in età rinascimentale: gli archetti pensili che corrono sulla sommità e un secondo portale che immette direttamente nella navatella settentrionale. L'interno si articola in tre navate separate da colonne corinzie. Di notevole interesse storico-artistico l'apparato decorativo che si conserva all'interno. Tra le opere più significative segnaliamo: l'icona su tavola della Madonna di Costantinopoli del XIV secolo che troneggia nell'imponente altare barocco della navata di sinistra; la statua in pietra policroma di San Michele Arcangelo, scolpita da Stefano da Putignano nel XVI secolo; l'olio su tela raffigurante la Madonna della Neve del XVIII secolo attribuita al pittore napoletano Paolo de Matteis. Sull'abside, rifatto in stile barocco, si aprono tre nicchie: in quella centrale trova collocazione la statua in legno dorato del XVII secolo di San Nicola di Bari, titolare della collegiata. Tra Sei e Settecento fu impostato il cappellone barocco del Sacramento con l’annesso oratorio confraternale dove troneggia la monumentale statua in legno policromo dell'Immacolata, scolpita nel 1750 dall'artista andriese Nicola Antonio Brudaglio.