Den 11 januari 1903 invigdes Katrineholms kyrka. Önskemål fanns om en kyrka nära den nybyggda järnvägen där samhället Katrineholm snabbt växte, Huvudkyrkan låg dock fortfarande i Stora Malm och församlingen hette Stora Malms församling. Kyrkans arkitekt hette Karl Flodin och var stadsarkitekt i Norrköping. Hans ritningar bearbetades av Carl Oskar Möller, arkitekt vid kungliga Överintendentämbetet, numera Byggnadsstyrelsen. Möller utformade fram för allt interiören.
Kyrkplatsen får sin prägel av samspelet mellan kyrkobyggnaden och församlingshemmet. Det sistnämnda uppfördes 1957 och uppvisar en välbevarad exteriör och interiör typisk för 1950-talet. Placeringen av kyrkan är ovanlig. Huvudingången är mot söder, och altaret vänt mot norr. (Regeln är väst-östlig riktning.) Anledningen till det är att kyrkan skulle ha stora porten mot järnvägen och samhället.
Kyrkans exteriör är bevarad sedan invigningen. Enda undantaget är sakristian som byggdes till mot öster 1957. Den ljusa putsen bryts mot röda tegelytor på ett sätt som är vanligt i amerikansk nygotik och jugend. Tornhuven är kopparklädd och långhusets skiffertak är lagt i tidstypiskt "korsstygnsmönster".
Kyrkans interiör har väggar och tak som ursprungligen var mörkt rödbruna. År 1926 var det dags för den första renoveringen. Arkitekt var Erik Fant, och resultatet blev framför allt en betydligt ljusare kyrka. Nästa renovering gjordes 1957, Målningarna och bjälkarna under långhustaket täcktes med vit väv, medan korets väggdekorationer lämnades synliga.
1994 påbörjades en ny renovering. Nu ville man återställa kyrkan till 1926 års utseende. Då tog man bland annat fram takmålningen. Väggarna i koret och långskeppet målades i ljusare och varmare färger. Altarskåpet från 60-talet flyttades till Sandbäcksgården. Då togs också de tre första bänkraderna på båda sidorna bort.
Altaret, ritat av arkitekt Jerk Alton, är nytt men med den gamla altarskivan. Det är numera flyttbart, från början var altaret väggfast.
Glasmålningarna i koret liksom bänkarna fanns redan när kyrkan invigdes. Till vänster syns lärjungen Petrus med nyckeln, och till höger står aposteln Paulus med svärdet. I centrum är Kristus.
Dopfunten från 1902 är huggen i kolmårdsmarmor . Dopskålen av silver är från 1957 och signerad H Garmland.
Krusifixet, som vid den senaste renoveringen flyttades till sin naturliga plats i korbågen, är skuret 1957 av Nils Boiardt.
Predikstolen är från 1926 och höggs av Albin Helldén i Hellbybrunn. Den är inspirerad av 1500-talets predikstolar och målad i barockens dova färger.
Orgeln är byggd 1995 av Walter Thûr Orgelbyggen AB. Orgelfasaden är återställd i sitt ursprungliga skick från 1904. Kyrkans första orgel byggdes av firma Setterqvist & son. Den nya orgeln består av 29 stämmor, fördelade på två manualer och pedal.
Målningen som nu sitter över västra porten var tidigare altartavla. Den föreställer Maria som gråter över sin döde sons kropp.
Ljuskronorna, tre stycken, sattes upp i mittgången 1903. Vid renoveringen 1957 renoverades också dessa varav en gjordes om till två mindre och två nya inköptes.