L'enfant Jésus tend la main droite pour bénir sainte Catherine, agenouillée devant lui. Autour d'elle se pressent trois saints : Jean-Baptiste, drapé dans sa tunique en poils de chameau, Marc avec son attribut, le lion, et Augustin, évêque d'Hippone. Étrangement, sainte Catherine porte le manteau d'or à gros boutons des doges de Venise. Une radiographie a permis de déceler sous son visage la présence d'un cornu, bonnet ducal des doges. Ainsi a-t-on pensé que Tintoret aurait profité de l'absence de Titien à Venise pour tenter d'obtenir une commande officielle de la ville : il aurait peint, peu avant l'élection de celui-ci en 1545, le doge Francesco Donà aux pieds de la Vierge. Ayant échoué, il aurait ensuite transformé ce personnage en sainte Catherine, et féminisé son costume par un léger foulard.

La monumentalité des figures, la véhémence des attitudes, l'équilibre entre naturalisme et idéalisation renouvellent le genre traditionnel de la sainte conversation.