По всей видимости, именно эта икона являлась тем главным храмовым образом, который располагался в южной части алтаря Синайской базилики непосредственно перед мраморным саркофагом с мощами святой великомученицы Екатерины. В греческом описании Синая XVI века говорится: «Перед нею (гробницей) поставлена икона, изображающая лик мученицы. Это превосходное, тонко исполненное произведение живописи. К нему приделали унизанный каменьями золотой венец. Сверху висят пять золотых лампад, а спереди стоят бронзовые подсвечники со свечами; а вне этого неугасимая лампада, с которой по пятницам обмывают осадок».
Из описания ясно, что икона в интерьере Синайской базилики должна была восприниматься как сгусток света, поскольку имела больше светильников, чем сам алтарь. На образе концентрировалось внимание многочисленных паломников, пришедших поклониться чудотворным останкам прославленной святой, непрерывно источавшим миро.
В центральной части представлена святая Екатерина в рост. Она облачена в костюм византийской императрицы, поскольку, согласно преданию, Екатерина была царского рода, дочерью правителя Кипра (по другим версиям – Крита). Ее голову украшает корона в виде двойного венца с жемчужными подвесками. На красном (царском) одеянии возлежит драгоценный лор, который, согласно дворцовому церемониалу, в дни больших праздников могли носить только император и императрица.
В нижней части фигуры лор сложен таким образом, что создает форму щита. Эта щитообразная деталь с XI века получает широкое распространение в изображениях царственных святых жен. Она подчеркивала их роль как защитниц веры. Не случайно, на щите святой Екатерины написан большой шестиконечный крест. Он находит смысловую параллель в мученическом кресте, который великомученица держит в правой руке. Символически это также небесное оружие, дополнительную силу которому придает движение левой руки, раскрытой ладонью перед грудью в жесте молитвы и приятия благодати. При этом весь образ великомученицы подобен драгоценной колонне. Представление святой как столпа веры составляет основное значение иконы.
Главный образ окружен двенадцатью сценами на темы жития святой, которое в конце X века было составлено Симеоном Метафрастом. В верхнем ряду изображены три сцены. Первым показано явление Ангела святой Екатерине, сопровожденное греческой надписью «Святая молится». Затем изображена святая перед императором Максимином, который приносит жертвы идолам. Третья композиция представляет, как святую ведут на допрос к императору. Сцены на правом поле посвящены состязанию святой Екатерины с языческими философами, которых она победила в споре. Верхняя композиция надписана «Святая спорит», ниже — «Риторы склоняются к стопам святой», и под ней – сцена «Риторы в печи огненной», о страданиях философов, исповедавших Христа. На левом поле представлен рассказ о первых мучениях и обращении в христианство императрицы Августы и военачальника Порфирия (Стратилата). Сверху вниз в сценах читаются следующие греческие надписи: «Избиение святой», «Поклонение императрицы в темнице», «Святая говорит с императорским управителем». Нижнее поле посвящено последним событиям земной жизни. Вначале мужественное перенесение мучений — «Святая на колесе», в центре ряда — «Святая спорит» в последний раз с императором и в присутствии императрицы. И в последней сцене показана мученическая кончина — «Усекновение главы святой», где она изображена вместе с обращенной в христианство императрицей.
Состав житийного цикла позволяет сделать некоторые наблюдения. К примеру, поразительно отсутствие сцены перенесения мощей на гору Синай, о котором упоминается у Симеона Метафраста. По отношению к тексту жития нарушен порядок сцен. Явление Ангела происходит после эпизода с жертвоприношением идолам, однако оно показывается первым. Видимо, иконописца вдохновляла зримая параллель со сценой «Благовещения», открывающей цикл двенадцати праздников. В задачу житийного цикла не входило строго историческое повествование и подробное описание событий. Изображения на полях являлись своеобразной «похвалой» святой, сопоставимой с литургическими песнопениями в день церковного празднования. В этих текстах отдельные эпизоды жития отбирались как иллюстрации наиболее важных качеств, за которые конкретный святой или святая должны быть прославляемы. Так, в синайской иконе подчеркивается царственность святой Екатерины, ее исключительная мудрость, сила убеждения и стойкость к мучениям.
Синайская икона «Святая великомученица Екатерина с житием» вскоре после создания стала широко известна. Уже в середине XIII века она послужила образцом для итальянского живописца, создавшего алтарный образ святой в Пизе. Принципиальное значение имел статус иконы как главного образа у гробницы великомученицы, к которой стекались паломники, распространявшие славу святой по всему христианскому миру.