Nel complesso del liceo-convitto è inclusa anche la ex-chiesa di Santa Caterina che, devastata da un incendio negli anni '70, era stata abbandonata. La chiesa ospitava opere d'arte di grande valore oggi trasferite alle Gallerie dell'Accademia (Sposalizio di Santa Caterina) e al Patriarcato di Venezia.
Nel 2013 è stato di fatto completato il restauro della chiesa, dopo che tra il 2011 e il 2013 vi erano state ospitate tre aule prefabbricate, in attesa della costruzione della nuova ala del complesso ultimata appunto nel 2013 e inaugurata ufficialmente il 14 dicembre 2013; con l'occasione è stata rimessa sopra l'altare una riproduzione dello "Sposalizio mistico di Santa Caterina" di Paolo Veronese.
Oggi la ex-chiesa viene utilizzata come aula magna e per ospitare eventi, mostre, convegni.
Ecco come veniva descritta la chiesa nella guida rossa del Touring Club Italiano del 1920:
Si retroceda fino al ponte dei Gesuiti e si prenda a d. la fondamenta Zen (ai NN. 4922-25, il Pali. Zen, formato da tre edifìci princip. XVI sec, sul progetto di Pr. Zen, forse con la collaboraz. di Seb. Serlio; qui furono le case di Nic. e And. Zeno, navigatori dei mari del Nord) a S. Caterina (I 17).
Per la visita, rivolg. al portiere del Convitto Nazionale Marco Foscarini, N. 4941.
L'interno conserva il tipo della chiesa gotica a tre nav., fine '300, con soffitto ligneo a carena di nave, in parte guasto da restauri. All'alt, magg., *Sposalizio di S. Caterina, celebre capolavoro ottimam. conservato, del Veronese (1577 c.), nel quale l'artista profuse tutte le grazie della sua invenz. e la freschezza gioiosa del suo colorito. È, dopo il Martirio di S. Giorgio a Verona, pag. 196, il dipinto sacro più celebre del Caliari. La cupola della capp. magg. fu frescata da Girol. Brusaferro; alle pareti, 6 tele con V.ita di S. Cater., opere di Jac. Tintoretto, dell'ultima sua maniera, e della scuola. Rappresentano: 1, La S. disputa con l'imper. Massenzio, dipinta da un aiuto; 2, La S. condotta al supplizio, quasi tutta del maestro; 3; Supplizio della ruota, idem; 4, * La S. in carcere medicata dagli Angeli e visitata dall'imperatrice, idem; 5, La S. straziata da pettini di ferro, probabilm. di Dom. Tintoretto; 6, La S. disputa coi filosofi alessandrini, dell'aiuto che dipinse il N. 1. Alle pareti della nav. mediana, Scene del V. Testamento e Sibille, di And. Vicentino (1607); nella nav. d., sopra la porta della sagrestia, Tobia e l'arcang. Raffaele, già attrib. a Tiziano, ma piuttosto di Sante Zago suo discepolo, libera replica del dipinto a S.Marciliano.pag. 478. All'alt. della nav. sin., entro custodia del '700, polittico a rilievo con Vita di S. Cat. e le Ss. Clara e Dorotea, scult, gotica princ. xv sec. Sotto il barco o coro delle monache, tra le finestre, Mad. del Parto, inter. pittura trecentesca.
Ed ecco come viene descritta la chiesa nella più recente guida del Lorenzetti (edizione 1961); a questa data lo Sposalizio di S.Caterina risulta sostituito da una copia con l'originale portato alle Gallerie dell'Accademia:
FONDAM. S. TA CATERINA. - Qui sorgono, verso il fondo, la Chiesa e il Convento omonimo, originariamente dei religiosi detti Sacchini di poi, dal 1274, delle Monache agostiniane, fino alla loro soppressione al princ. dell'800, il Convento è oggi sede del Ginnasio-Liceo M. Foscarini e, in parte, del Convitto Nazionale M. Foscarini, che, istituito da Napoleone nel 1807, chiuso dopo la guerra 1915-18, soltanto recentemente venne riaperto.
LA CHIESA DI S.TA CATERINA, annessa al convitto, di antichissima fondazione, subì a varie riprese trasformazioni e rimaneggiamenti radicali. La chiesa in cattive condizioni statiche rimase chiusa per decenni; ora riaperta al culto (1961). Oltre al caratteristico Soffitto gotico a carena di nave (sec. XIV), all'ampio Barco (coro pensile) al fondo delle tre navate; e ad altre interessanti op. minori, si notavano la pala dell'alt. Maggiore: Lo Sposalizio di S.ta Caterina, capolavoro di PAOLO VERONESE, una delle più celebri e luminose tele del Maestro (ora sostituita da una copia; l'originale trovasi alle Gallerie dell'Accademia). PRESBITERIO, sulla CUPOLA: la gloria di S.ta Caterina di GER. BRUSAFERRO (sec. XVIII); Resurrezione di Cristo di ANT. DEL FOLÈR (XVI sec.) lunetta dietro l'alt. maggiore; ai lati dell'alt. maggiore Due angeli musicanti eleganti rilievi settecenteschi. PARETI: a sin.: Orazione nell'orto di ANT. DEL FOLER, Storie di S.ta Caterina di JAC. TINTORETTO e aiuti; a d.: Trasporto del corpo di S.ta Caterina di JAC. PALMA IL GIOV. (fine XVI sec.), Tre storie di S.ta Caterina di JAC. TINTORETTO (sec. XVI) e Aiuti - NAVATA D.: San Girolamo e la Vergine in gloria di P. RICCHI D. IL LUCCHESE (XVI sec.), Preparativi per il matrimonio di S.ta Caterina di JAC. PALMA IL GIOV. (fine XVI sec.), La Vergine, S.ta Rosa e S. Lorenzo di FRANC. LORENZI (I723-I783 o 1787). Al secondo alt. di sin., Statua di S.ta Caterina, in marmo (sec. XVIII).
