В 1937 году церковь была закрыта и превращена в склад. Спустя 4 года вновь открыта немецкими оккупационными властями. С тех пор является одной из немногих действующих церквей в Крыму.

С историей Екатерининского храма тесно связана история жизни и смерти священника Андрея Косовского. Он был настоятелем церкви Святой Екатерины с 1901 года. После того как Крым в 1920 году окончательно перешел в руки красных, настоятель был арестован прямо в храме во время одного из богослужений. Это событие совпало с престольным праздником храма - днем памяти великомученицы Екатерины. Долгие месяцы отец Андрей провел в заточении, а затем был расстрелян по приговору следственной комиссии особого отдела ВЧК. В 2000 году синодальная комиссия по канонизации новомучеников приняла решение о причислении протоиерея Андрея Косовского к лику святых.