L’oratorio di Santa Caterina è edificato nel territorio della Contrada dell’Oca, in cui sorgeva l’abitazione della famiglia Benincasa. Nel 1464, la allora denominata “contrada di Fontebranda”, acquistò l’edificio dove aveva vissuto Caterina per trasformarlo a proprie spese in un oratorio.
Le fasi di avanzamento dei lavori – dal 1465 al 1474 – sono documentate nella revisione dei conti relativa all’amministrazione del camerlengo responsabile della fabbrica, Giovanni Cigalini, redatta nel 1474, anno in cui la costruzione volgeva al termine.
Gaetano Milanesi pubblica nel 1854 un estratto del documento e, opponendosi alla tradizione secondo la quale il progetto per l’oratorio era stato fornito da Francesco di Giorgio Martini, ipotizza che architetto della fabbrica debba considerarsi Francesco di Duccio del Guasta, uno dei tre maestri muratori citati nel registro dei conti. Accanto a quest’ultimo è stato inoltre ritenuto responsabile del progetto lo scalpellino Corso di Bastiano, pagato per la decorazione della facciata e per l’ornamentazione plastica dell’interno.
L’attuale facciata della chiesa non è quella originale ma una fedele ricostruzione realizzata nel 1877 da Giuseppe Partini addossata a quella quattrocentesca, per coprire i tiranti apposti per problemi di stabilità in seguito al terremoto del 1798. L’esecuzione della decorazione scultorea fu affidata a Leopoldo Maccari. Della struttura originale rimane solo il rilievo della lunetta.
L’interno dell’oratorio a una navata diviso in due campate coperte da volte a costoloni, si conclude con una parete rettilinea che ospita l’altare. Affreschi con scene della vita di Santa Caterina adornano le pareti e le volte. La celebre statua lignea policroma di santa Caterina di Neroccio di Bartolomeo (1475), posta al centro dell’altare, edificato nel 1679 da Augusto Cini, costituisce un vero e proprio capolavoro del Rinascimento senese.