Questa piccolissima chiesa era dedicata a Santa Caterina d’Alessandria.
Secondo la “Legenda Aurea” di Jacopo da Varazze, domenicano Arcivescovo di Genova, e secondo Pietro Aretino, Caterina era una egiziana vissuta nel III e, per pochi anni, nel IV secolo, figlia di un Re, orfana in tenera età, molto colta. Nonostante fosse bellissima e quindi ambitissima, in seguito ad un sogno in cui le apparve la Madonna scelse di dedicarsi a Cristo.
Probabilmente nel 305 Massimino Daia, divenne “Cesare” (vicerè) di Galerio e governatore di Siria ed Egitto.Celebrando ad Alessandria i festeggiamenti per la sua nomina, vide Caterina rifiutarsi di adorare gli dei pagani e argomentare finemente tesi che invitavano alla conversione. Per cui egli, feroce persecutore dei cristiani, convocò i migliori filosofi e retori d’Egitto per convincerla ad onorare i suoi dei ed a sposarlo.
Ne nacque la famosa “disputa” che vide Caterina, appena ventenne, opposta a cinquanta sapienti, capace di vincere ogni dibattito, tanto che molti di loro riconobbero che aveva ragione e chiesero di convertirsi al cristianesimo.
Ovviamente vennero tutti condannati a morte da Massimino Daia. In particolare Caterina su legata alla ruota dentata che, però, venne spaccata da un fulmine. Ne ordinò allora la decapitazione. Dal corpo, però, non uscì sangue, bensì latte, dimostrazione di purezza.
L’iconografia di Santa Caterina d’Alessandria prevede la corona, essendo ella figli di Re, la ruota dentata ed un libro o un papiro, simbolo di cultura.
La presenza di una chiesa a lei dedicata sul Monteluco si spiega con la provenienza dalla Siria dei primi eremiti che si ritirarono qui. La posizione, quasi alla vetta, collega al ricordo del monte Sinai ove Caterina fu sepolta.

Si pensa che la chiesetta sia il primo nucleo del convento francescano.

Nel 1218 i monaci eremiti del Monteluco concessero a San Francesco la cappella di Santa Caterina. Questo primo insediamento diede origine all’attuale convento, che sorge appena a monte, essendo rimasta la cappella vicino al muro di cinta, a valle. Infatti San Francesco, dopo aver dimorato nella cappella stessa, iniziò a costruire le cellette di rami e di fango che ancora oggi si possono visitare, all’interno del Convento (vedi).

Vi è una fontanella per dissetare i pellegrini che provenivano dalla “corta” di Monteluco.