Первоначально поселение именовалось хутором Степановка.Впоследствии оно перешло во владение генерал-майора Степана Александровича Леонова, который разместил здесь крепостных крестьян.После его смерти земли унаследовала его дочь Екатерина, в честь которой поселение получило название Екатериновка.
В 1850 году в селе была заложена и к 1852 году построена небольшая деревянная церковь во имя Архистратига Михаила. Со временем эта церковь обветшала, что потребовало строительства нового храма. К 1897 году в Екатериновке был возведен новый каменный храм во имя Святой Животворящей Троицы. Строительство осуществлялось на средства вдовы надворного советника Екатерины Дмитриевны Волковой, а также при финансовом участии крестьян села Екатериновка и поселка Новоселовского Миусского округа Области Войска Донского.
Новый храм представлял собой однопрестольное каменное сооружение с небольшой трапезной и колокольней. Апсида алтаря имела трехгранную форму. Восьмигранный световой барабан над молельным залом был увенчан высокой шатровой крышей. Иконостас и внутреннее убранство храма были выполнены преимущественно на средства, оставленные по духовному завещанию войсковым старшиной И. Т. Чернояровым. Вокруг церкви была построена кирпичная ограда. При храме действовала церковно-приходская школа, имелся дом священника. Церковь располагалась в северной части села на открытом возвышенном месте и была хорошо видна издалека.
После Октябрьской революции 1917 года богослужения в храме продолжались до 1938 года, после чего он был закрыт. В годы Великой Отечественной войны здание храма подвергалось обстрелам и пожарам, несколько раз закрывалось и открывалось для богослужений. В конце 1950-х годов церковь была закрыта окончательно и до распада СССР не использовалась по назначению.
В 1999 году в селе началось возрождение приходской жизни. В этом же году был зарегистрирован приход во имя великомученицы Екатерины. С 2008 года храм начал восстанавливаться силами прихожан. С 2010 года в нем возобновилась богослужебная деятельность. В настоящее время продолжаются работы по его восстановлению.
7 декабря 2016 года, в день памяти Святой Екатерины, в церкви состоялось торжественное освящение храмовой иконы Святой великомученицы Екатерины. Образ был написан мастером-иконописцем Александром Лысаком в Ростове-на-Дону на пожертвования жителей села Екатериновка и близлежащих сел. Богослужение совершили настоятель храма Святой великомученицы Екатерины иеромонах Михаил и настоятель Никольского храма села Греково-Тимофеевка иерей Георгий Светлов.