La planta de la ermita es un rectángulo de 17,30 x 12,12 m. Las paredes son de mampostería con cantones de sillería. En su perímetro podemos observar una espadaña, dos puertas (una de ellas apuntada), una ventana ojival partida y una saetera.[2]
No se conoce la fecha exacta de construcción de la ermita, pero lo largo de la historia se da noticia de ella en diversas ocasiones:[2]
Cruz al borde del camino que recuerda el asesinato de 1489.En la ermita de Santa Catalina se veneraba un Cristo de piedra del siglo XIII, que hoy en día se custodia en el Museo Diocesano de Vizcaya.[3]
En 1489, el papa Inocencio III nombró capellán de la misma a Martín Abaroa; cuando este murió, en 1490, fue sustituido por Nicolás Abad de Arrieta.
En 1493 un cura perteneciente a la ermita fue asesinado. Mientras caminaba desde Antzoriz hacia el casco urbano de Lequeitio, varias personas le salieron al paso y le atacaron con saetas y lanzas. Al parecer, el móvil fueron ciertas desavenencias sobre la recaudación de tributos. Hoy en día persiste al borde del camino una cruz de piedra que recuerda este suceso.[4]
En 1596 la ermita fue donada al Ayuntamiento de Lequeitio.
La ermita de Santa Catalina tuvo antiguamente capellán, mayordomo administrador y una vivienda. En los libros de cuentas se detallan gastos de reparaciones y se consignan las diversas fuentes de ingresos que tenía, entre otras la venta de chacolí, ganado y trigo.[2]
Situación de la ermita junto al faro en el cabo Antzoriz.
En la actualidad, la ermita está desacralizada y no se emplea para el culto. Su propiedad es de la Iglesia Católica de Lequeitio. La imagen de Santa Catalina que en ella se veneraba se encuentra actualmente en la ermita de la Piedad.[2]