Физическим сердцем монастыря Святой Екатерины является базилика в византийском стиле, которая была построена вместе с защитной стеной в 527 г. Базилика была построена на северной стороне монастыря. Она состоит из центрального нефа и двух проходов, которые ведут к небольшой часовне. Центральный неф заканчивается алтарем на восточной стороне, и проходами с 2 комнатами в конце. Рядом с алтарем направо есть ковчег из мрамора, в котором хранятся мощи Св. Екатерины. Прекрасные византийские мозаики покрывают апсиду, показывая преображение Христа. Поэтому базилику также называют церковью Преображения Господня.
