Die kleine, aber schmucke Kreuzkuppelkirche Ἁγία Αἰκατερίνη ist ein Bau des späten 13. Jhs. und liegt im Nordwestteil der Oberstadt nördlich der Olympiádos-Straße und unweit der byzantinischen Stadtmauern.
Ein feines, heute der hl. Katharina geweihtes Gotteshaus der Palaiologenzeit mit einem klaren architektonischem Aufbau, dessen äußerer Höhepunkt die überhöhte Zentralkuppel ist und dessen Verwandtschaft zur Apostelkirche nicht übersehen werden kann. Unter Sultan Beyazit II. (1481-1512) wurde die Kirche in eine Moschee umgewandelt und fortan „Yakup Paşa Camii“ genannt.
Wieder christliche Kirche, wurde der Bau in den Jahren zwischen 1947 und 1951 restauriert, wobei ihr Freskenschmuck unter dem Verputz freigelegt und gesichert wurde. Seit 1988 gehört die Kirche zum UNESCO-Welterbe. Ein harmonischer, in sich stimmiger Ziegelbau, zu dem es aber kaum Schriftquellen gibt, die den Bau erläutern und dessen Geschichte offenlegen. Selbst der eigentliche Name dieser Kreuzkuppelkirche ist nicht überliefert. Dafür präsentiert sich der Ziegelbau mit seinen fünf Kuppeln sowie den Blendbögen, Nischen und vorgelegten Halbsäulen im Außenbau als Kreuzkuppelkirche und gehört somit zum gleichen Bautypus wie die Apostelkirche, allerdings fehlt hier „im Unterschied zur Apostelkirche (…) die äußere Vorhalle, der Exonathex“. Aufgrund dieser Tatsache wird der Kreuzkuppelbau von den meisten Forschern in die Zeit „vom Ende des 13. Jhs. bis in das dritte Jahrzehnt des 14. Jhs.“ zeitlich eingeordnet, also in die bis 1453 dauernde Palaiologenzeit. Besonders bemerkenswert ist ein Marmorgesims, das „den Baukubus in seiner Höhe (unterteilt) und (…) die Horizontale (betont)“ Dies ist ein Stilphänomen, das Ausgewogenheit und Klarheit in der Architektursprache vermittelt und so „dem Bau auch die Gliederung der Massen durch das stufenweise Ansteigen der Dächer, von den Wölbungen des Umgangs über die vier kleinen Eckkuppeln und die Kreuzarmtonnen mit den Schildwänden bis zur Kuppel mit siebenseitigem Tambour über dem Hauptraum“ vorgibt. Alles in allem ein harmonischer Bau, der wohl in der Nachfolge der Panagía Parighorítissa-Kirche in Arta in Nordwestgriechenland aus den Jahren um 1290 steht und vielleicht sogar Vorbild für die Apostelkirche in Thessaloniki gewesen ist. Die entdeckten Malereien in der Kirche scheinen die Annahme der Entstehung zu untermauern und deuten darauf hin, dass der Kirchenbau eventuell Christus geweiht war. Das Bildprogramm folgt dem Bildkanon und zeigt in der zentralen Mittelkuppel „Propheten und Engel um den jetzt zerstörten Pantokrator“, in der Altarapsis die Liturgie feiernden Kirchenväter sowie die Apostelkommunion, des Weiteren im Hauptraum vor allem die Wunder Christi sowie Einzelheilige, darunter Asketen und Säuleneremiten. Der Byzantinist Nikos Nikonanos hat recht, wenn er davon spricht, dass „die Kirche der heiligen Aikaterini (…) eine der schönsten Bauten vom Ende des 13. Jahrhunderts“ ist und weiter anmerkt: „Den ganzen Bau beherrscht das Spiel der Linien wie der Massen, gesteigert vom Mauerwerk und seinem reichen Keramikschmuck. Wenige Fresken, freilich von außerordentlicher Qualität, sind im Inneren erhalten geblieben (…).“
