El emperador Majencio (306-312) acudió a Alejandría para presidir una fiesta pagana y ordenó que todos los súbditos hicieran sacrificios a los dioses. Catalina entró en el templo, pero, en lugar de sacrificar, hizo la señal de la cruz. Y dirigiéndose al emperador lo reprendió exhortándolo a conocer al verdadero Dios. Conducida a palacio, ella reiteró su negativa a hacer sacrificios pero invitó al emperador a un debate.
En la prueba del debate filosófico, los sabios resultaron convertidos al cristianismo por Catalina, lo que provocó la ira del emperador, quien hizo ejecutar a los sabios, no sin proponerle antes a Catalina que se casara con uno de ellos, a lo que ella se negó rotundamente. Majencio trató de convencerla con promesas, pero al no lograrlo mandó azotarla y después encerrarla en prisión. Allí fue visitada por la propia emperatriz y un oficial, Porfirio, que terminó por convertirse junto con otros doscientos soldados, según señala la Passio.
El emperador ordenó entonces que torturaran a Catalina utilizando para ello una máquina formada por unas ruedas guarnecidas con cuchillas afiladas. Según la Passio, las ruedas se rompieron al tocar el cuerpo de Catalina, quien salió ilesa. La emperatriz trató de interceder a favor de Catalina, pero fue decapitada, al igual que Porfirio y sus doscientos soldados.