Konstantinus Suuren äiti pyhä Helena vieraili Siinailla katsomassa Mooseksen palavaa pensasta vuonna 327 etsiessään Raamatun kertomusten paikkoja. Hän kohtasi luolissa, kojuissa ja taivasalla asuvia yksittäisiä erakkoja ja rakennutti heille vuonna 330 Pyhän Neitsyt Marian kappelin sekä puolustustornin pakopaikaksi rosvoilta.[1]

Vihamieliset paimentolaisheimot vainosivat kuitenkin erakkoja ja pyhiinvaeltajia ja tästä syystä Keisari Justinianus I:sen käskystä rakennettiin vuosien 527 ja 565 välisenä aikana muurit sekä suuri kolmilaivainen basilika, Kristuksen kirkastumisen kirkko (40 × 19.2 m). Muurit sulkivat sisäänsä Pyhä Helenan rakennuttaman kappelin, joka jäi kryptaksi itäpäädyssä sijaitsevan apsiksen alle. Mooseksen palava pensas kasvaa edelleen apsiksen itäisen päätyseinän takana.[2] Luostari on kolmen maailmanuskonnon pyhä paikka – juutalaisuuden, kristinuskon ja islamin.

Luostarin nykyinen nimi tuli käyttöön noin 900–1000-luvulla ja vakiintui käyttöön noin 1400-luvulla. Aikaisemmin luostari tunnettiin Kristuksen kirkastuksen luostarina sekä Pyhän Neitsyen luostarina tai Mooseksen palavan pensaan luostarina sekä Mooseksen laintaulujen vuoren luostarina.[3]

Alue yhdistetään Pyhään Katariinaan, jonka maallisten jäännösten kerrotaan perimätiedon mukaan löytyneen läheisen vuoren huipulta sen jälkeen, kun eräs munkki oli unessa saanut tiedon, että enkelit olivat kuljettaneet luut vuorelle Aleksandriasta.[4] Tämä tapahtui 800-luvulla, viisisataa vuotta Katariinan kuoleman jälkeen. Pyhimyksen marttyyrikertomus tuli niin laajalti tunnetuksi, että Siinain munkit päättivät tuoda pyhäinjäännökset vuoren huipulta luostariin. Luostarin nimi muutettiin Pyhän Neitsyen luostarista Pyhän Katariinan luostariksi. Luostarin Jeesuksen kirkastumisen kirkossa ovat Pyhän Katariinan reliikit, pääkallo ja vasen käsi, joilla uskotaan olevan parantava voima. Maineen vuoksi luostarista tuli pyhiinvaeltajien suosikkipaikka.

Luostarin hallussa olevan dokumentin, jonka väitetään olevan henkilökohtaisesti Muhammadin allekirjoittama, mukaan Muhammad antoi suojelunsa luostarille, kun se myönsi hänelle poliittisen turvapaikan. Muslimeille Siinain vuori on pyhä paikka, sillä heidän uskomuksensa mukaan Muhammadin ratsu Boraq nousi taivaaseen juuri saman vuoren rinnettä pitkin. Vuonna 1381 rakennettiin ortodoksiluostarin muurien sisälle valkominareettinen moskeija, joka on tänäkin päivänä ympärillä asuvien beduiinien sekä luostarin muslimityöntekijöiden käytössä.[5] Beduiineilla on luostarissa omat tehtävänsä, he toimivat luostarin vartijoina sekä apulaisina eri tehtävissä.[6]

Monet yksittäiset eristäytyneet kristilliset saarekkeet tuhottiin 600-luvulla ja vain linnoitettu Pyhän Katariinan luostari säilyi. Luostaria ympäröi edelleen massiivinen muuri. Aina 1900-lukuun saakka luostariin pääsi vain ovesta, joka sijaitsi korkealla ulkomuurissa. Ristiretkien aikana 1099–1270 ristiretkiläisten läsnäolo Siinailla lisäsi eurooppalaisten kristittyjen kiinnostusta tehdä pyhiinvaellusmatka Siinaille.