Екатерининская церковь является первым храмом города. Она посвящена памяти св. великомученицы Екатерины Александрийской (305-323), небесной покровительницы Екатерины II, указом которой от 10 сентября 1779 года было повелено коллегии экономии "для построения псковского наместничества в новоназначенном городе Луге соборной церкви каменной отпустить по востребованию правящего должность генерал-губернатора генерал-поручика Сиверса 6 тысяч рублей полагая сей отпуск в два года с начала 1780 года". К сожалению, проект и смета этой первоначальной церкви пока не обнаружены. Судя по срокам финансирования, строительство церкви должно было завершиться в 1781 году. Этого не произошло, возможно, из-за перевода Лужского уезда в состав Санкт-Петербургской губернии. Вопрос о строительстве церкви в Луге был поднят заново. Вначале решено было строить здесь деревянный храм. " Санкт-Петербургские ведомости" от 30 сентября 1782 года опубликовали приглашение к торгам на постройку в Луге деревянной церкви, но уже в номерах от 22 и 23 декабря того же года они печатают о торгах на постройку в Луге каменной церкви. В январе 1783 года был издан очередной указ Екатерины II о строительстве церкви в Луге: "...на строение в городах здешней губернии Луге и Вытегре каменных соборных церквей потребную сумму 23900 рублей... отпустить из Кабинета в Санкт-Петербургскую казенную палату в течение нынешнего и будущего 1784-го года". Возведение церкви завершилось в 1786 году при митрополите Санкт-Петербургском и Новгородском Гаврииле (Петрове), однако сведений о её освящении не обнаружено. Не обнаружены также проект и фамилия архитектора. История с основанием Екатерининской церкви становится ещё более загадочной, в связи с сообщением в историко-географическом очерке К. Случевского, известного лирического поэта конца XIX века.
Путешествие по северо-западу России Случевский совершил в 1887 г. Его поразил необычно скромный, неказистый вид церкви, долгое время бывшей главным храмом города. В связи с этим Случевский привёл услышанные им сведения о том, что в Луге по ошибке разместили здание лютеранской кирки, предназначенной для Ямбурга (ныне Кингисеппа), а там возвели прекрасный собор по проекту архитектора А. Ринальди, который предназначался для Луги. Но, похоже, это всего лишь легенда. Екатерининская церковь представляла собой скромную каменную постройку с одной апсидой (церковь была однопрестольной), внешне действительно напоминающей протестантскую кирку. Внешне она мало соответствовала своему положению в планировочной структуре города и ансамбле городского центра: церковь, расположенная на высоком берегу реки, замыкающая пространство главных улиц, должна была обладать выразительным силуэтом и возвышаться над городской застройкой, выявляя её композиционный замысел. О Екатерининской церкви этого не скажешь. У церкви не было даже современной скромной колоколенки. Лишь на плане 1841 года церковь показана с ризалитами на западном (при входе в храм), южном и северном фасадах. Вероятно, что к этому времени относится оформление западного фасада классическим 4-х колонным портиком с возведением над ним небольшой колокольни. Массивные формы портика с утолщёнными внизу колоннами, могли быть вызваны необходимостью усилить несущие способности западной стены в связи с устройством колокольни. Собор окружили четырёхугольной оградой с каменными столбами, фланкирующими главный вход в неё. Уже к середине XIX века остро встал вопрос о реконструкции первоначальной соборной церкви. Население города увеличилось, и возникла очевидная необходимость в расширении храма. Прихожане церкви подали прошение в Санкт-Петербургскую консисторию "о дозволении им, по тесноте существующего ныне здания собора, произвести пристройку к сему зданию двух приделов и постройку колокольни по представленному при сем прошении новому плану и фасаду на церковную кошельковую сумму, коей имеется налицо свыше 17 тыс. рублей". Проект и смету на разломку старой и постройку новой колокольни и пристройку при церкви в г. Луге составил академик архитектор Василий Андреевич Болотов (1833-1865). 24 апреля 1863 года митрополит Новгородский Исидор представил этот проект на утверждение в Главное управление путей сообщения и публичных здании. Но проект был отклонён, вследствие неудобства внутреннего помещения. Для устранения этого недостатка и придания фасаду большей благовидности было рекомендовано проект переделать. Окончательный вариант проекта, вычерченный кондуктором Гуровым, был утверждён 2 августа 1863 года. Расширить объём церкви предлагалось за счет новых пристроек. Однако реконструкция церкви так и не была произведена, одну из основных причин этого указал архитектор В.В. Виндельбандт (1840-1912) в своём отзыве от 10 декабря 1870 года: "Существующая церковь находится слишком близко от берега реки Луги и при самом крутом её повороте, отчего при полноводии берег сильно подмывается, вследствие чего перестройка, увеличение её размеров могла бы иметь только вредные последствия по устойчивости, и, наконец, воспользование существующих стен при перестройке состояло бы только в оставлении одних слабых углов, которых, во всяком случае, потребовалось бы разобрать".
По сообщению "Историко-статистических сведений о Санкт-Петербургской епархии" в соборной церкви с 1789 года хранилась особо уважаемая прихожанами икона Печерской Божьей Матери, перенесённая сюда из деревянной часовни, находившейся в 5 верстах от Луги в Смешинском приходе. Из священнослужителей особым уважением пользовался Андрей Филиппович Ласкин, прослуживший на пользу церкви более 60 лет в иерейском и протоиерейском сане. Он совершал Божественную литургию в Екатерининском соборе в присутствии императора Александра II и императрицы Марии Александровны.
Екатерининская соборная церковь, свидетельница первых лет существования Луги, в советский период своей истории была приспособлена под учреждение культуры. Здесь размещался детский кинотеатр "Родина". В 1993 году после возвращения здания Епархии старая Екатерининская церковь была вновь освящена и стала действующим храмом.