Die Stadt Buchholz ist 1501 als Silberbergbaustadt "St. Catharinenberg im Buchenholze" gegründet worden und war eine selbstständige Stadt, bis sie nach dem 2. Weltkrieg mit Annaberg zu einer Doppelstadt vereinigt wurde.

1506 wird zum ersten Mal ein Kirchbau erwähnt. Dazu hat man für den Kirchbau vom Hang Felsen abgetragen und im Osten unter dem Chorraum aufgeschüttet. Wahrscheinlich ist die Kirche um 1520 geweiht worden, ohne dass sie ganz fertiggestellt war. Es fehlte z.B. noch das Gewölbe. 1524 wurde dann die erste evangelische Predigt gehalten. Der erste ständige lutherische Pfarrer war Hartmann Ibach, der von Dr. Martin Luther selbst benannt worden ist. Von 1687 an war Magister Christian Melzer Pfarrer in Buchholz. Er ist noch heute als bedeutender Chronist des Erzgebirges bekannt.

Im Jahre 1594 erhielt die Kirchgemeinde einen Altar mit Bildern aus der Werkstatt von Hans Hesse (etwa 1470-nach 1539). Der Altar stammte aus der Kirche des ehemaligen Franziskanerklosters von Annaberg. Es ist ein Flügelaltar mit drei wandelbaren Bildfolgen. Dargestellt sind Heilige der Kirchengeschichte. Die bei zwei Wandlungen zu sehende Blindtafel fehlt hierbei schon seit der Überführung nach Buchholz vor 400 Jahren. Der Altar hat die Zerstörung der Kirche 1945 in der Sakristei überstanden. So konnte er nach umfassender Restaurierung als Hauptaltar genau nach 400 Jahren 1994 wieder im Chorraum von St. Katharinen wiedergeweiht werden. Von 1875-1877 ist die St. Katharinenkirche umfassend erneuert worden. Es wurde ein neugotisches Gewölbe eingebaut und der Turm erhöht. Der jetzt wiederzusehende große Hans-Hesse-Altar wurde verdrängt durch einen neugotischen Altar mit einem Bild von Prof. Dietrich aus Dresden. Alles wurde vernichtet, als bei einem Fliegerangriff auf Buchholz mit Brandbomben in der Nacht vom 14.-15. Februar 1945 die Kirche völlig ausbrannte, so dass nur die Umfassungsmauern stehen blieben und vom Turm die Spitze fehlte. Die Kirchgemeinde hat den Wiederaufbau in schwieriger Zeit betrieben und die Gottesdienste im Gemeindesaal bzw. der Friedhofskirche gehalten. Im Jahre 1965 wurde eine niedrigere Turmspitze mit vier neuen Bronzeglocken auf den Turm gebracht.

Im Oktober 1981 konnte dann endlich die St. Katharinenkirche wiedergeweiht werden.

Die neue Jehmlich - Orgel (Dresden) mit 2 Manualen und 27 Registern wurde 1990 geweiht.

Seit 1991 befindet sich der St. Wolfgangsaltar, auch von Hans Hesse gemalt, in St. Katharinen. Er stand vorher in der Buchholzer Friedhofskirche. Außerdem wurde eine denkmalswerte Kanzel fertiggestellt. Es ist eine alte Barockkanzel aus der Klosterkirche von Grimma.

Die Gottesdienste finden sonntags im Wechsel zwischen 9 Uhr und 10.30 Uhr statt.