Собор Рождества Пресвятой Богородицы, наиболее значительное и монументальное произведение в храмовом ансамбле села, не имеющее аналогий среди одновременных ему памятников Нижегородской области. Строительная история собора остается практически неизвестной: на сегодняшний день не установлены четкие хронологические рамки возведения храма и кто был инициатором его строительства. Есть предположение, что собор в честь Рождества Пресвятой Богородицы был построен в первой четверти ХIХ века на средства жителей села Катунки по указу Императора Александра I.
Первые попытки реставрации собора начали предприниматься Нижегородской епархией еще в конце 1980-х годов и начале 1990-х годов. Наиболее активное восстановление памятника пришлось на 2000-е годы, когда инициаторами реставрации храма выступили архиепископ Нижегородский и Арзамасский Георгий и руководитель УФНС России по Нижегородской области Николай Поляков, сумевшие привлечь необходимые средства на спасение памятника. В 2003-2006 годах было проведено укрепление берега, в результате чего он не только перестал грозить обрушением собору, но и превратился в благоустроенную набережную, выполнялись работы по реставрации живописи в интерьерах. 15 ноября 2007 года Собор Рождества Пресвятой Богородицы был освящен архиепископом Нижегородским и Арзамасским Георгием.
В книге писателя и краеведа П.Б. Еремеева «Арзамасская муза» сообщается, что с 1805 года в течение двух лет известный арзамасский художник А.В. Ступин по заказу князя Грузинского расписывал храм в Катунках. В книге Еремеева храм не назван, сказано лишь, что в нем было выполнено девяносто живописных композиций на евангельские и библейские сюжеты. Такое количество фресок не могло разместиться в интерьерах другого катунского храма, кроме Рождественского, а раз так, то собор вполне может быть датирован началом XIX века.
Главный престол храма посвящен Рождеству Пресвятой Богородицы, правый апостолам Петру и Павлу, левый Николаю Чудотворцу. Церковь сложена из красного большемерного кирпича и оштукатурена. Объемно-планировочная структура храма относится к соборному типу: ее основу составляет кубовидный, трехсветный, четырехстолпный четверик, перекрытый системой парусных сводов с распалубками и световым пятиглавием. С трех сторон вход в храм предваряли портики тосканского ордера. На ширину восточного фасада устроен трехабсидный алтарь, покрытый высокой конховой крышей. Над четырехскатной кровлей возвышаются цилиндрические световые барабаны, прорезанные арочными окнами с замковыми камнями и обработанные пилястрами. Крупные луковичные главы были покрыты «в чешую» и украшены звездами. Чрезвычайно изящно выглядели завершения глав: их конусы утончались до такой степени, что буквально таяли в воздухе.
