Первая церковь в Новоузенске была построена в 1806 году. Это был деревянный храм во имя святой великомученицы Екатерины, разобранный и перенесённый в тогда ещё деревню Чертанлу из упразднённой крепости Узень. Церковь эта долгое время была главной и единственной в поселении, но после преобразования Новоузенска в уездный город уже не удовлетворяла требованиям и не вмещала всех богомольцев. Вскоре в городе построили первый собор, а старая Екатерининская церковь была по ветхости разобрана и воссоздана вновь в 1864 году как кладбищенская. Её здание было деревянным, холодным, имело отдельно стоящую колокольню и один престол, освящённый 25 мая 1865 года.
Своего прихода кладбищенская церковь не имела и была приписана к собору. Простоял этот храм до начала XX века. В 1904 году был утверждён проект новой Екатерининской церкви, построить которую решили на Хлебной площади заречной «кордонской» части города. Подготовил проект и возглавил строительство саратовский архитектор А. М. Салько. Освящена третья Екатерининская церковь, деревянная, тёплая, была 13 ноября 1911 года. Службы в ней велись, однако, недолго. После Октябрьской революции кордонская церковь была закрыта и через некоторое время разрушена.
Возрождена церковная жизнь в Новоузенске была в июне 1989 года, когда в городе вновь зарегистрировали православный приход. Так как все храмы были к тому моменту разрушены, богослужения с 21 сентябряначали временно проводить в жилом доме на Рабочей улице. В 1994 годупо инициативе прихожан районная администрация передала общине деревянное здание бывшей центральной библиотеки 1918 года постройки, пребывавшее в аварийном состоянии. 23 апреля того же года были совершены малое освящение храма во имя великомученицы Екатерины и первая Божественная литургия, после чего началась длительная реконструкция помещений. В 1995 году к зданию пристроили колокольню, в 2002 году храм обложили кирпичом. Облагорожена прихрамовая территория, продолжается реставрация и благоустройство самого храмового здания.
11 сентября 2015 года епископ Пахомий совершил чин основания нового храма во имя святой великомученицы Екатерины. Каменое здание на 600 прихожан заложили рядом с краеведческим музеем и старой церковью. 30 июня 2016 года были освящены купола и кресты храма, а после завершения строительства 4 декабря того же года митрополит Саратовский и Вольский Лонгин, епископ Покровский и Николаевский Пахомий и епископ Балашовский и Ртищевский Тарасий совершили Великое освящение Екатерининской церкви.
