Według niektórych przekazów (np. List Barducciego) Katarzyna zmarła w wyniku choroby żołądka utrudniającej przyjmowanie pokarmów. Istnieje jednak prawdopodobieństwo, że bezpośrednią przyczyną śmierci było zagłodzenieBell, s. 22–53. się w wyniku ścisłego postu i innych umartwień o charakterze ekspiacyjnym. Jest to przypadek zjawiska znanego jako anorexia mirabilis.
Kult Patronat Jest patronką: Europy, Włoch, Rzymu, Sieny, diecezji Allentown (Pensylwania, USA), pielęgniarek, strażników i strażaków, osób cierpiących oraz kobiet, które poroniły. Jest również główną patronką Trzeciego Zakonu Dominikańskiego.
Dzień obchodów thumb|Dręczenie św. Katarzyny przez demony na XIV-wiecznym obrazie z Małopolski, Muzeum Narodowe w Warszawie Wspomnienie liturgiczne jako wspomnienie obowiązkowe w Kościele katolickim obchodzone jest w dzienną rocznicę śmierci (29 kwietnia). W latach 1628–1969 wspomnienie obchodzono 30 kwietnia, aby nie kolidowało ze wspominaniem św. Piotra z Werony. Po reformie liturgicznej powrócono do pierwotnej daty.
W całym Zakonie Kaznodziejskim jej wspomnienie ma rangę uroczystego święta. Również w krajach europejskich ma rangę święta, gdyż jest patronką Europy, ogłoszoną przez Jana Pawła II.