Σύμφωνα με την Παράδοση και τα Συναξάρια τής Αγίας Αικατερίνης, κατά τη διάρκεια των διωγμών τού Αυτοκράτορα Μαξιμίνου, στις αρχές τού 4ου αιώνα, σε ηλικία 18 ετών, ομολόγησε την πίστη της στον Ιησού Χριστό και δημοσίως κατηγόρησε τον Αυτοκράτορα για τις θυσίες του προς τα είδωλα. Εκείνος ανέθεσε σε πενήντα ή, κατ' άλλους, σε εκατόν πενήντα περίφημους ρήτορες (ο αριθμός εξ αντιθέτου χαρακτηρίζει τη ρητορική δεινότητα της Αγίας), προκειμένου, συζητώντας μαζί της να της αποδείξουν το αβάσιμο και στρεβλό των ιδεών (δοξασιών) της. Αποτέλεσμα, όμως, υπήρξε το αντίθετο. Ο Μιχαήλ ο Αρχάγγελος ήλθε από τον ουρανό και της είπε: «μη φοβού η παις τού Κυρίου. Ιδού γαρ ο Κύριος θέλει δώση σοι σοφίαν εις την σοφίαν σου, να νικήσης τους ρήτορας. Και ου μόνον αυτοί, αλλά και πολλοί να πιστεύσωσι δια σου, και να λάβετε πάντες τού Μαρτυρίου τον στέφανον».
Πράγματι, η Αικατερίνη με την κομψότητα του λόγου της και των επιχειρημάτων της «εφήμωσε λαμπρώς τους κομψούς των ασεβών, του πνεύματος την μαχαίραν» (σύμφωνα με το Απολυτίκιο της Αγίας). Έχουσα μελετήσει σε βάθος το έργο τού μεγάλου Έλληνα ποιητή, του Ομήρου, αναφέρεται στους στοχασμούς και τις δοξασίες του. Ο Όμηρος αναφέρει, για τον μέγιστο Θεό Δία πως είναι ψεύτης, απατεώνας και πανούργος και πως ήθελαν να δέσουν αυτόν η Ήρα, ο Ποσειδώνας και η Αθηνά, αν δεν έφευγε να κρυφθεί. Ομοίως, γράφει και άλλα παρόμοια προς καταφρόνηση των Θεών αυτών. Επιπλέον, η Αγία Αικατερίνη αναφέρει και τη θέση τής σοφής Σίβυλλας, που μαρτυρεί την ένθεη σάρκωση και τη σωτήρια Σταύρωση. Ο Θεός είναι αληθής, δημιουργός ουρανού και γης και θαλάσσης, ηλίου και σελήνης, και παντός ανθρωπίνου γένους, ακατάληπτος, ανεξιχνίαστος και άρρητος.
Η Αγία Αικατερίνη, απευθυνόμενη στους συνομιλητές της, έκανε μνεία σε ποιητές και φιλοσόφους, τον Πλάτωνα, τον Ορφέα και τον Απόλλωνα, οι οποίοι καθαρά και σαφέστατα, αν και χωρίς να το επιδιώκουν, ομολόγησαν την πίστη τους στον Θεό και Χριστό, τον οποίο αυτός ο παντοδύναμος Κύριος οικονόμησε.
Αλλά ακόμη και τα σοφά της επιχειρήματα, με την πειστική ανάπτυξη των ιδεών της, κατάφεραν να προσηλυτίσουν αυτούς οι οποίοι τελικά ασπάσθηκαν τον Χριστιανισμό. Όταν ο Αυτοκράτορας έμαθε το αποτέλεσμα, οργίσθηκε τόσο που διέταξε την θανατική καταδίκη όλων στην πυρά στο μέσον τής πόλης, τη δε Αικατερίνη σε μαρτύρια μέχρι θανάτου. Η Αγία βασανίσθηκε σκληρά, αλλά αντί να καμφθεί το ηθικό της, κατόρθωσε με το ένθεο παράδειγμά της να προσελκύσει στη χριστιανική Πίστη τη σύζυγο του Αυτοκράτορα, Φαυστίνα, η οποία θαύμασε τις αρετές και την καρτερικότητά της, γνώρισε την Αγία και την αγάπησε. Όταν, λοιπόν, έλειπε ο σύζυγός της από την πόλη, ζήτησε να την επισκεφθεί με συνοδεία 200 στρατιωτών υπό τον Φρούραρχο Πορφυρίωνα ή Πορφύριο, άνθρωπο άξιο και έμπιστο, λέγοντας σε αυτόν:
«-Την περασμένη νύχτα είδα σε όραμα την Αικατερίνη καθισμένη μεταξύ πολλών παρθένων. Όταν με είδε, με κάθισε κοντά της και μου έβαλε στο κεφάλι χρυσό στεφάνι λέγοντας: «Ο Δεσπότης Χριστός σού στέλλει αυτό το στεφάνι». Σε παρακαλώ, λοιπόν, Πορφυρίωνα, να βρεις έναν τρόπο να συναντήσω απόψε την κόρη αυτή.»
-Θα εκπληρώσω την επιθυμία σου, δέσποινα», απάντησε ο Πορφυρίων.
Όταν νύχτωσε, λοιπόν, πήρε διακόσιους στρατιώτες και πήγαν στη φυλακή με τη βασίλισσα.
Έδωσαν χρήματα στον δεσμοφύλακα και εκείνος τους άνοιξε την πόρτα τής φυλακής. Η Αυγούστα έπεσε με δάκρυα στα πόδια τής Μάρτυρος, λέγοντας:
-Τώρα είμαι καλότυχη και ευτυχισμένη, γιατί σε γνώρισα. Ποθούσα να δω το βασιλικό σου πρόσωπο και διψούσα ν' ακούσω τα μελίρρυτα λόγια σου. Τώρα και αν στερηθώ τη ζωή και τη βασιλεία μου, δεν θα λυπηθώ καθόλου. Είσαι ζηλευτή συ, που προσκολλήθηκες σε τέτοιο Δεσπότη, που σου χαρίζει τόσες δωρεές και χαρίσματα».
-Κι' εσύ είσαι ευτυχισμένη, βασίλισσά μου, γιατί βλέπω, το στεφάνι που σου βάζουν στο κεφάλι οι Άγιοι Άγγελοι. Μετά τρεις μέρες θα το πάρεις, αφού υπομείνεις μαρτύριο. Τότε θα πας κοντά στον Αληθινό Βασιλέα, για να βασιλεύσεις αιώνια», της απάντησε η Αγία Αικατερίνη.
-Φοβάμαι τα βασανιστήρια και τον σύζυγό μου, γιατί είναι πολύ σκληρός και απάνθρωπος, της είπε η Φαυστίνα.
-Έχε θάρρος. Στην καρδιά σου θα βρίσκεται ο Χριστός, που θα σε δυναμώνει στη δύσκολη ώρα τού μαρτυρίου. Πολύ λίγο θα πονέσει το σώμα σου εδώ, για να αναπαύεται εκεί αιώνια», της αποκρίθηκε εκείνη.
Ενώ οι δύο γυναίκες έλεγαν αυτά, ρώτησε ο Πορφυρίων την Αγία:
-Τι χαρίζει ο Χριστός σε όσους πιστεύουν; Θέλω και εγώ να τον γνωρίσω και να γίνω οπαδός του».
-Δεν διάβασες ποτέ καμιά Γραφή των Χριστιανών; Ούτε έχεις ακούσει τίποτε για αυτά;
-Από παιδί βρίσκομαι στους πολέμους και μόνο μ' αυτούς ασχολούμαι. Δεν έχω φροντίσει για αλλά πράγματα. Δεν μπορεί η γλώσσα να διηγηθεί τα αγαθά, που ο Θεός ετοιμάζει για όσους Τον Αγαπούν και τηρούν τις εντολές του, τού απάντησε η Αγία.
Τότε η Θεία Χάρη γέμισε την καρδιά τού Πορφυρίωνα. Πίστεψε με όλη του την καρδιά στον Χριστό μαζί με τους διακόσιους στρατιώτες του και, αφού πήραν όλοι δύναμη από τη Μεγαλομάρτυρα, έφυγαν.
Όταν το έμαθε ο Αυτοκράτορας, οργίστηκε και διέταξε τον αποκεφαλισμό τής Φαυστίνας και της ακολουθίας της και την τελική πλέον εκτέλεση της Αγίας. Μέσο θανάτωσης ήταν ο «βασανιστικός τροχός», που έμοιαζε με τροχό, η περιφέρεια του οποίου έφερε καρφιά (ήλους), που ετίθετο σε κίνηση με σχοινιά και τροχαλίες, πλησιάζοντας αργά το ιστάμενα δεμένο σώμα τού καταδίκου) με συνέπεια τις αρχικές εκδορές μέχρι διαμελισμού. Ο θρύλος στο σημείο αυτό αναφέρει πως τα καρφιά τού τροχού, όταν πλησίασαν το σώμα τής Αγίας αυτά ένα-ένα απόσπονταν ή θραύονταν. Κατ' άλλο θρύλο, ο εν λόγω τροχός, πριν πλησιάσει το σώμα τής Αγίας, διαλύθηκε «στα εξ ων συνετέθη». Έτσι και αποφασίσθηκε τελικά ο αποκεφαλισμός τής Αγίας.
Κατά την Παράδοση, μετά από τον αποκεφαλισμό της (αρχές τού 4ου αιώνα) το πάναγνο σώμα τής Αγίας μεταφέρθηκε υπό «πτερύγων αγγέλων» στην κορυφή τού υψηλότερου όρους τού Σινά, στην κορυφή Χωρήβ, ύψους 1990 μέτρων, όπου ο Μωυσής είχε παραλάβει από τον Θεό τις Δέκα Εντολές, το οποίο σήμερα φέρει και το όνομά της, αφού επί αιώνες το σώμα της έμεινε άταφο, κατά τούς βιογράφους της και την ιερή Παράδοση, μέχρι τον 6ο αιώνα, όπου ερημίτες μοναχοί τής περιοχής μέσω οράματος ειδοποιήθηκαν και κατέβασαν από το όρος το σώμα τής Αγίας, το οποίο και εναπόθεσαν σε μαρμάρινη λάρνακα. Σύμφωνα με τους βιογράφους και τους συναξαριστές της Αγίας Αικατερίνης δύο θαύματα έγιναν την ώρα του αποκεφαλισμού της. Πρώτον, αντί για αίμα έτρεξε από το λαιμό της γάλα και, δεύτερον, το άγιο σκήνωμά της εξαφανίσθηκε αμέσως από το σημείο του μαρτυρίου. Κατά άλλη Παράδοση, Χριστιανοί Αιγύπτιοι Μοναχοί βρήκαν το ιερό σκήνωμα της Αγίας και το μετέφεραν στο Άγιο Βήμα τού Καθολικού τής Μονής Σινά, μέσα σε μία μαρμάρινη λάρνακα. Ο αυτοκράτορας Ιουστινιανός, έκτισε τη γνωστή ιερή Μονή τής Αγίας Αικατερίνης τού Σινά και τον ναό (καθολικό) τής Μεταμορφώσεως του Σωτήρος (που κτίσθηκε μεταξύ 548-565), εντός τού οποίου και τοποθετήθηκε η μαρμάρινη λάρνακα.
