Situé au pied du mont Sinaï, le monastère fut construit sur ordre de l'empereur Justinien entre 527 et 565 au-dessus du « Buisson ardent ». Cependant, l'activité monastique semble avoir débuté très tôt, puisque le voyage d'Égérie à la fin du VI siècle relate la présence de nombreux moines dans les environs dès cette époque, un siècle après l'arrivée des premiers chrétiens fuyant les persécutions. Saint Jean Climaque est le plus célèbre moine ayant vécu dans ce monastère. Anastase le Sinaïte en fut higoumène dans la deuxième moitié du VII siècle.
Le Sinaï fut conquis dans les années 630 par les armées arabes de Amr ibn al-As, accompagnée de l'installation de tribus venues d'Arabie,il devenu au prix de violences et de conversions une terre profondément arabe et musulmane entrainant une disparition de la présence chrétienne dans la région. La seule exception demeura le monastère de Sainte-Catherine qui jusqu'à nos jours n'a cessé d'être le véritable foyer du christianisme au Sinaï entretenant une communauté d'une vingtaine de moines, deux cents au Moyen Âge.
Au cœur de ce monastère fortifié, de rite melkite et dépendant à l'époque médiévale du patriarcat de Jérusalem, se trouve l'église de la Transfiguration avec sa célèbre mosaïque. Elle fut construite à l'époque de l'empereur Justinien à l'emplacement supposé du Buisson ardent. D'abord dédié à la Vierge Marie, le monastère fut par la suite consacré à sainte Catherine d'Alexandrie, sans doute au IX siècle siècle, époque où l'on découvrit le corps de la sainte. Celui-ci reposait, selon la tradition, sur la montagne voisine; il y aurait été miraculeusement transporté par les anges et un ermite l'y aurait découvert. La dévotion à sainte Catherine connut un réel engouement en Occident, sous l'impulsion notamment des ducs de Normandie, ce qui entraîna, à partir de la fin du X siècle siècle, un renouveau des pèlerinages occidentaux au Sinaï. Les pèlerins effectuaient généralement ce pèlerinage en se rendant à Jérusalem. Leur séjour au monastère était limité à trois ou quatre jours, durée pendant laquelle les moines leur offrait l'hospitalité, comme en témoignent encore les blasons gravés dans le réfectoire du monastère par les nobles pèlerins de passage.
