Muhu kirikut on mainitud esmakordselt 1267. aastal, kuid arvatavasti oli tegu praegusele eelnenud ja tõenäoliselt puust kirikuga. Kivist Jumalakoja ehitamist alustati mitte enne 13. saj lõpukümnendeid. Esmalt püstitati pikihoone seinad, millele järgnes võlvitud kooriruum ning edasi võlviti ka pikihoone.
Kirik on pühitsetud 3.–4. sajandi vahetusel elanud Pühale Katariinale Aleksandriast. Praegune kirik on 1703. aastal Põhjasõja ajal purustatust 1738. aastal üles ehitatud. Kirikus tegutseb Eesti Evangeelse Luterliku Kiriku Muhu Katariina kogudus.
Muhu Katariina kirikut peetakse oma proportsioonidelt ja välisarhitektuurilt kõige kaunimaks keskaegseks sakraalehitiseks saartel.
Kirikus on silmapaistva hoolikusega tahutud meistrimärkidega raiddetailid.
Muhus puudub skulpturaalne dekoor. Kogu kirik oli kaunistatud ulatuslike Viimse kohtupäeva teemaliste maalidega. Säilinud on neist ainult vähesed fragmendid – peamiselt kooriruumis.
Muhu kiriku kantsel on siinses piiskopkonnas üks vanemaid ning selle valmistas 1629. aastal Balthasar Raschky. Kuuetahulisele sambale toetuv renessanss-stiilis kantsel kujutab endast kuuetahulist rajatist, mille nelja esitahku raamivad voluutidena painutatud konsoolid, mida kaunistavad pikad akantuselehed.
