Zakon bernardynów sprowadził do Radomia w 1453 r. król Kazimierz Jagiellończyk. Plac pod budowę kościoła i klasztoru zlokalizowano tuż za murami miasta, w pobliżu Bramy Lubelskiej. W 1468 r. stanął kościół drewniany, który otrzymał wezwanie św. Katarzyny, męczennicy aleksandryjskiej. W kolejnych latach wznoszono obiekt murowany: prezbiterium, zakrystię, skarbiec. Od południowej strony klasztoru usytuowano skrzydło gospodarcze z budynkiem kuchennym, tzw. piekarnikiem z piramidalnym kominem, który mógł pełnić także funkcje olejarni, piekarni, topialni wosku i browaru. W Europie zachowało się niewiele tego typu budowli, a w Polsce jest to prawdopodobnie unikat. W 1598 r. od strony północnej dobudowano kaplicę pw. św. Anny.
W latach 1861-1864 klasztor był miejscem manifestacji patriotycznych. Tu także zapadały ważne decyzje z udziałem płk. M. Langiewicza, odprawiane były nabożeństwa w intencji ojczyzny. Działalność taka spotykała się z carskimi represjami, na skutek których w głąb Rosji zesłano wielu zakonników. Ukazem carskim w nocy z 26 na 27 listopada 1864 r. zamknięto klasztor. Zabudowania klasztorne przejęły: rząd gubernialny, wojsko i policja, urządzając w części pomieszczeń więzienie i biura. W latach 1911-1914 przeprowadzono restaurację i rozbudowę kościoła według projektu architekta Stefana Szyllera. Od strony zach. dobudowano basztę z klatką schodową prowadzącą na przekształcony chór muzyczny oraz dwie kruchty (zach. i pn.). Ponadto przebudowano i połączono w nawę boczną kaplice pw. św. Anny i św. Agnieszki.
Bernardyni odzyskali kościół i klasztor w 1936 r. W 1959 r. pożar zniszczył dach na kościele i klasztorze. Ostatnie duże prace remontowe przeprowadzono w latach 1998-2000. Wymieniono wówczas większość elementów więźby dachowej, a dach pokryto niemiecką dachówką oraz dokonano oczyszczenia i zakonserwowania większości ścian klasztoru.
W wyposażeniu kościoła najcenniejszy jest ołtarz główny przedstawiający gotycką Pasję: Chrystus ukrzyżowany, Matka Boska i św. Jan Ewangelista. Rzeźby te powstały w pracowni z kręgu oddziaływania Wita Stwosza lub nawet w warsztacie samego mistrza. Ponadto w świątyni znajdują się: rokokowy ołtarz pw. św. Antoniego z XVIII w. (z lewej strony kościoła) i rokokowy ołtarz z wczesnobarokowym obrazem Matki Boskiej z Dzieciątkiem z pocz. XVII w. (po prawej stronie nawy). Organy o bardzo dobrym brzmieniu, posiadające XIX wieczny, neobarokowy prospekt wykonane zostały w 1914 r. przez S. Jagodzińskiego. W 2010 r. przeprowadzono gruntowną renowację tego wspaniałego instrumentu. W wyniku prac konserwatorskich prospekt organowy odzyskał pierwotną kolorystykę.
Wewnętrzne ściany świątyni zdobią epitafia i nagrobki barokowo-klasycystyczne. Najciekawsze z nich to: epitafium Wszebora Tymińskiego (zm. 1617) poborcy podatkowego, umieszczone w płn. ścianie prezbiterium. Wykonane z marmuru, przedstawia rycerza w zbroi. Zmarły był bratem Katarzyny, żony Mikołaja Kochanowskiego z Sycyny (brata poety). Epitafium Antoniego Mikułowskiego (zm. 1794), klasycystyczne, z czarnego marmuru, w kształcie obelisku wspartego na sarkofagu, z herbem Drzewica i z portretami na blasze A. Mikułowskiego i jego żony. Ulokowane na filarze między chórem i boczną kaplicą. Zmarły był pisarzem ziemskim, sędzią kapturowym i posłem na sejm. Epitafium Ewy z Trojanowskich Krasińskiej herbu Ogończyk (zm. 1760), drugiej żony Jana Krasińskiego h. Ślepowron, kasztelana widzkiego, umieszczone w płd. ścianie nawy głównej. Epitafium Henryka Deboli, prezesa Komisji Województwa Sandomierskiego gubernatora cywilnego, zm. w 1831 r.
Od południa do kościoła przylega kolebkowo sklepiona Kaplica Matki Bożej (utworzona z dawnej zakrystii). Pokryta jest polichromią wykonaną na motywach polichromii XVII wiecznej, przedstawiającej wizerunki MB z różnych sanktuariów w Polsce. W centralnej części usytuowano obraz Niepokalanego Poczęcia MB. Jest to kopia Murilla sygnowana przez Dattiego. Przy ścianach stoją stalle, wykonane około 1500 r. w stylu późnogotyckim, z przeznaczeniem dla chóru zakonnego. Należą one do najcenniejszych zabytków kościoła. Na ich zapleckach znajdowały się obrazy świętych zakonników z pocz. XVI w., które się nie zachowały. Ławy te stanowią najstarszy zabytek meblarstwa w Radomiu.