Projekt budynku wykonał Nikołaj Czagin. Obiekt został poświęcony dokładnie po roku od śmierci Jekatieriny Potapowej przez Makarego, arcybiskupa wileńskiego i litewskiego. Patronką świątyni została święta Katarzyna Aleksandryjska. Na jednej z bocznych ścian obiektu została umieszczona tablica informująca o okolicznościach powstania cerkwi. Cerkiew była czynna jedynie w czasie pobytu Potapowa w Wilnie. Po jego wyjeździe z miasta została zamknięta, chociaż pozostawała pod opieką duszpasterza domowej cerkwi w głównej rezydencji gubernatora (współczesny pałac prezydentów Litwy). W czasie I wojny światowej, po wycofaniu się Rosjan z Wilna, cerkiew ta przestała funkcjonować. Po wojnie cerkiew św. Katarzyny przez pewien czas była świątynią domową Nadieżdy Kalinkowej, córki miejscowego właściciela ziemskiegoG. Szlewis, Православные храмы Литвы, Вильнюс, Свято-Духов монастырь, 2006, , ss. 104–106.