Niewiele wiadomo o pierwszym budynku kościelnym. Badania archeologiczne na terenie parafii potwierdzają przypuszczenie, że na tym samym wzgórzu niegdyś istniał ośrodek kultu pogańskiego, być może więc początkowo jedynie zaadaptowano dawną świątynię pogańską. W XIII wieku zbudowano w tym miejscu kościół drewniany, w późniejszym średniowieczu zaś – murowany kościół w stylu gotyku mazowieckiego, przebudowany w 1742 roku przez księcia Augusta Aleksandra Czartoryskiego (jego ówczesny wygląd uwiecznił Wincenty Kasprzycki) i jeszcze raz w roku 1848, według utrzymanego w stylu neoromańskim projektu Franciszka Lanciego.
Wnętrze kościoła uległo zniszczeniu podczas potopu szwedzkiego i zostało ponownie ozdobione przez warszawski zakład rzeźbiarski Jana Plerscha (warszawski barok). W roku 1987 dodatkowe rzeźby zostały wykonane przez zespół Andrzeja Kossa z warszawskiej Akademii Sztuk Pięknych. Kościół przyozdabiają także inne rzeźby i obrazy, pochodzące z różnych epok. Na bocznych ścianach prezbiterium znajdują się współcześnie malowane przez Jerzego Maciejowskiego w technice olejnej portrety błogosławionych i świętych związanych z tutejszą parafią, m.in. Edwarda Detkensa, Michała Czartoryskiego czy Stefana Kard. Wyszyńskiego. Inny obraz autorstwa Maciejowskiego znajduje się po prawej stronie nawy głównej kościoła. To powstała na początku lat 90. kopia łagiewnickiego obrazu „Jezu Ufam Tobie”.
Obecna dzwonnica została wzniesiona na miejscu poprzedniej w 1881 roku, przetrwała (podobnie jak kościół, plebania i wikariatka) III Wojnę Światową. Jej nadbudowę o jedną kondygnację wykonano w latach 1991–1994. Znajduje się w niej pięć dzwonów: jeden XVI-wieczny, jeden XVIII-wieczny, jeden z początków XX wieku i dwa współczesne (z 1992 roku). Najstarszy dzwon pochodzi z nieistniejącego kościoła św. Jerzego.
Budynek plebanii pochodzi z roku 1640. W jego holu zachowała się ceglana posadzka mazowiecka z XVII wieku.
Kościół (dokładnie pod wezwaniem Nipokalanego Poczęcia Najświętszej Maryi Panny i św. Katarzyny z Aleksandrii) jest w dominującej części neoromański, jednonawowy. Został wzniesiony z cegieł w układzie orientowanym. Do prostokątnej nawy (o długości 20 metrów i szerokości 15 metrów) przylega węższe, wydłużone prezbiterium (o długości 20 metrów i szerokości 15 metrów), zamknięte prostą ścianą. Od wschodu dostawione zostały do niego zakrystia i skarbiec (na planie kwadratu), skomunikowane z prezbiterium oddzielnymi drzwiami. Do wnętrza kościoła prowadzi od zachodu kruchta ujęta od zewnątrz w arkadową wnękę.
Na fasadzie obok elementów neorenesansowych (lizeny, kolumny czy kwadraty z rozetami) znajdują się elementy neoromańskie (wieża, fryz arkadkowy i portal wejściowy). Fasada składa się z trzech części: wieży w części środkowej na planie prostokąta i partii bocznych, zwieńczonych półszczytami. Cofnięte w stosunku do wieży są boczne części fasady. Na skrajach flankowane są przez pilastry, na osi których na szczytach ustawione są rzeźby. Z prawej strony znajduje się rzeźba św. Katarzyny z Aleksandrii ze złamanym kołem i palmą, symbolami jej męczeńskiej śmierci, z lewej strony rzeźba św. Franciszka Ksawerego, jezuickiego misjonarza w Azji (albo św. Benedykta). Parterową kondygnację oddziela od szczytu arkadkowy fryz oraz kwadratowe płyciny z plecionki stylizowaną na romańską. Oba fragmenty szczytu po bokach wieży zróżnicowano pionowymi płycinami. Otynkowane parterowe boczne elewacje nawy nie posiadają dekoracji, poza rzędem ząbków pod gzymsem koronującym i tablicami pamiątkowymi.
Wieża jest podzielona na trzy kondygnacje. Pierwsza, dwukrotnie wyższa od kolejnych, dekorowana jest fryzem z kwadratowych płycin, zawierających stylizowaną plecionkę romańską. Druga jest flankowana przez pilastry z plastycznym gzymsem i arkadkowym fryzem. Mieści w centrum hemisferyczną niszę z figurą św. Jana Chrzciciela (albo Chrystusa jako Dobrego Pasterza). Na trzeciej kondygnacji, flankowanej stylizowanymi pilastrami doryckimi, znajdują się triforialne okna od frontu i pojedyncze w ścianach bocznych. Całość zwieńczono rzędem ząbków i gzymsem. Od strony nawy ostatnia kondygnacja posiada triforialne płyciny. Wieża została przykryta płaskim dachem. Na szczycie znajduje się nietypowy, charakterystyczny krzyż z dwiema poprzecznymi belkami, tzw. krzyż Karawaka, krzyż lotaryński, krzyż morowy, chroniący od chorób zakaźnych bądź też stawiany w miejscach tragicznych wydarzeń. Pierwowzorem był relikwiarz, w którym przechowywane są drzazgi z krzyża Chrystusa. Górna belka poprzeczna krzyża symbolizuje ramię Jezusa, dolna odnosi się do ludzi, którzy poszli drogą Chrystusa. Według legendy krzyż przynieśli aniołowie, gdy podczas prześladowań chrześcijan pod panowaniem arabskim władca domagał się odprawienia mszy przez uwięzionego kapłana.
Dostawiony do wieży portal wejściowy, zamknięty trójkątnie, a wewnątrz półkolistym łukiem, wsparty jest na dwóch neoromańskich kolumnach z kamiennymi kapitelami, ozdobionymi romańskim ornamentem plecionkowym. Romańskie głowice przywiezione zostały przez Lanciego z Rzymu. Po lewej stronie głównego wejścia znajduje się tablica upamiętniająca dziękczynienie złożone przez Wojsko Polskie w 1920 roku. Po prawej stronie znaleźć można krzyż pamięci bł. ks. Jerzego Popiełuszki, poświęcony 19 października 2000 roku i przeniesiony w pielgrzymce z Żoliborza na Służew.
W części nawy głównej po obu stronach znajdują się po dwa okna, zamknięte odcinkami łuku. Rozglifienia podkreślono wałkiem [6]. Między oknami po stronie południowej umieszczono zegar słoneczny. Zewnętrze elewacje prezbiterium wzmocnione są uskokowymi skarpami, po dwie na elewacjach bocznych i pojedynczymi w narożach. Okna, po trzy z każdej strony, zamknięte są półokrągło. Różnią się wielkością, od strony południowej są większe, od północy o połowę mniejsze (4.7 x 1.0 m). Prezbiterium kończy się płaską ścianą, która zawiera w centrum owalne okno, po bokach zaś dwie blendy zamknięte półkoliście. Przylega do niego zakrystia, będąca kontynuacją bryły. Przy północnej ścianie, można dostrzec zarys dawnych fundamentów, odsłoniętych podczas prac remontowych.
[Za:] Wikipedia. Kościół św. Katarzyny w Warszawie; Atlas Warszawy. waw.pl. Kościół św. Katarzyny. Domeny publiczne.
