Im Gemeindezentrum Köln Blumenberg finden sich neben dem innovativen Kirchenneubau St. Katharina von Siena Wohnungen, eine Arztpraxis, ein Kindergarten sowie der Pfarrsaal. Während das Gemeindezentrum selber aus zwei- und dreigeschossigen Ziegelsteinbauten besteht, wurde die Kirche aus massiven Sichtbetonwänden errichtet.

Die Kirche durchdringt an der Ostseite einen Gebäuderiegel des Gemeindezentrums. Ein ungewöhnlicher Grundriss gibt ihr die markante Form. Der Grundriss ist als angeschnittenes Kreissegment konstruiert, so dass sich der schmale Kirchenraum dem Betrachter wie ein gespannter Bogen darbietet.

Der Besucher betritt den Raum durch seitlich angeordnete Portale, so dass der zwischen acht Meter hohen, fensterlosen Wänden gelegene Raum in voller Länge vor ihm liegt.
Der Altar und die Sitzreihen sind rechtwinklig zur Raumachse angelegt, was die Gläubigen in den Mittelpunkt des Geschehens rückt.

Ein besonderes Augenmerk lag auf der handwerklich einwandfreien Ausführung der Betonarbeiten, so dass den ausführenden Firmen und der Bauleitung eine wichtige Bedeutung zukam. Die Betonwände sind aus mehreren Schichten verschiedenartig eingefärbten Betons und fast einen Meter dick. Die fugenlos ausgeführten Wände wurden über ihre gesamte Fläche mit dem Meißel bearbeiten, was ihnen eine mehrere Zentimeter tiefe Struktur verleiht. Diese Struktur sorgt nicht nur dafür, dass die Wände an gebänderte Felsen erinnern, sondern sorgt auch für eine Verbesserung der Akustik in dem monumentalen, säulenlos überspannten Raum.
Das Licht fällt in der Mitte der Kirche durch Fensterbänder in den Raum und tritt mit der rauen Wandoberfläche in Wechselwirkung.

Die Anlage wurde von Heinz Bienefeld entworfen. Nach dessen Tod 1995 übernahm sein Sohn Nikolaus Bienefeld das Projekt und führte es zu Ende.