La chiesa s’innalza su un alto sagrato, un tempo area cimiteriale, al margine dell’abitato, in bella posizione per il panorama sul bacino centrale del lago Maggiore.
Particolarmente suggestiva è la veduta che se ne gode da monte, percorrendo gli stretti sentieri che da Colmegna risalgono sul colle in direzione di Agra e della Val Dumentina, con lo svettante campanile sullo sfondo di acque e montagne.
L’edificio, preceduto da una facciata ornata di quattro lesene corinzie e di timpano triangolare, è a navata unica, con due cappelle per lato create in progresso di tempo.
La navata è coperta con volta a botte. L’abside è semicircolare.
Nel vano d’accesso alla sacrestia una lapide ricorda il generoso lascito del 1874 di Henry Wynne, villeggiante nella località dopo l’Unità d’Italia e già capitano della guardia privata della regina Vittoria d’Inghilterra.
Altri legati avevano interessato la chiesa nei secoli precedenti, conferendo all’attuale patrimonio di arte e fede della parrocchia di Colmegna una particolare ricchezza.
Alla santa titolare è dedicata la tradizionale “festa di S. Caterina”, di fine novembre, durante la quale è ancora usanza accendere un grande falò sulla riva del lago.