На этом участке квартала между Кадетской линией и Тучковым переулком с 1740-х годов находилась деревянная Троицкая церковь Кабардинского полка. Позже здесь квартировались Астраханский драгунский и Кексгольмский полки. Для них на месте Троицкой церкви возвели Никольский храм, также деревянный. Особо почитаемой иконой этого храма у солдат и офицеров была икона Святой Екатерины. Церковь стали часто называть именно этим именем.
В 1773 году церковь переосвятили в честь Святой Екатерины. Она стала принадлежать Кексгольмскому полку. При императрице Екатерине II храм считался "оспенным", то есть здесь молились только больные оспой. Здоровые люди старались обходить храм стороной, он опустел.
В 1809 году церковь Святой Великомученицы Екатерины сгорела. Погибла вся церковная утварь, но икону Святой Екатерины удалось спасти. По городу поползли слухи: пожар был не случаен, таким образом очистилось место.
Прихожане начали собирать деньги на новый храм. В 1811 году архитектором А. А. Михайловым 2-м был составлен проект каменного церковного здания. В этом же году 26 сентября оно было заложено. Строительство велось купцами И. Водовозовым, П. Ноговиковым и Д. Голубиным [1, с. 207]. Семье последнего принадлежали соседние дома №27 и 29 по Кадетской линии, которыми до Голубиных владели Ноговиковы. Эти здания составляют с церковью единый архитектурный ансамбль. Освящение храма состоялось 24 ноября 1823 года.
Это здание стало самой заметной работой архитектора Андрея Алексеевича Михайлова 2-го. Оно выделяется среди других построек Васильевского острова, купол церкви виден далеко за его пределами. Купол был украшен деревянной покрытой свинцом фигурой ангела с крестом. Со стороны Кадетской линии находился главный вход в церковь. Он был отмечен восьмиколонным портиком.
Закладка колокольни состоялась в 1861 году. При её сооружении был разобран находящийся здесь портик. Проект колокольни составили архитекторы Л. Л. Бонштедт и В. А. Болотов. Возведение колокольни было завершено в 1863 году. В процессе строительства по стенам пошли трещины, проект был переработан. При этом были спроектированы часовня, сторожка, трапезная и ограда с воротами. Они были построены архитектором Ф. И. Нестеровым за следующие четыре года [Там же]. Высота колокольни церкви Святой Великомученицы Екатерины составила 58 метров, она стала самым высоким архитектурным сооружением на Васильевском острове.
Центральный иконостас церкви Святой Великомученицы Екатерины выполнен по проекту А. А. Михайлова 2-го. Для него писали иконы К. Брюллов, Г. Угрюмов, Ф. Брюлло. Скульптурное убранство создавал В. Демут-Малиновский.
Церковь Святой Великомученицы Екатерины занимала важную роль в жизни василеостровцев. Основными прихожанами церкви Святой Великомученицы Екатерины были рабочие биржи и порта, располагавшийся рядом - на набережной Макарова у стрелки Васильевского острова. Её посещали купцы, торговые служащие, учёные, художники, чиновники, военные, ремесленники. В 1873 году здесь состоялось венчание адъюнкта Горного института А. П. Карпинского, будущего известного геолога и президента Академии наук СССР, с дочерью профессора Академии художеств Александрой Брусницыной [1, с. 208].
После 1917 года церковь была занята общиной одной из ветвей православного христианства - раскольниками-обновленцами. В 1936 году она была закрыта. Её здание заняли склады и производственные помещения завода "Станкоприбор". С 1950-х годов здесь работала лаборатория Всесоюзного нефтяного геологоразведочного института. Для этих организаций здание было полностью перепланировано.
Деревянный ангел на куполе церкви в советское время обветшал и лишился своего креста. Фигура без креста среди петербуржцев стала именоваться "пионером", за продолжающую взмывать вверх руку. Она была выкрашена в чёрный цвет, отчего её стали также называть "чёрным ангелом".
В марте 1996 года часть здания была возвращена церкви. В декабре 2000 года на купол храма установили позолоченный крест.
