In der Mitte des 13. Jahrhunderts wurde das Dominikanerinnenkloster bei Diessenhofen gegründet. Bereits für den ersten Kirchenbau von 1267/69 sind figürliche Glasmalereien dokumentiert: Burkhart von Tannheim aus Villingen stiftete ein Fenster mit den Heiligen Petrus und Paulus, Ruediger Heggenzi aus Schaffhausen ein Fenster mit den Heiligen Katharina und Agnes. Die um 1305 belegte Weihe des Chorneubaues lässt sich mit der Stiftung eines Marienfensters mit zwölf Sternen durch Martin von Stein aus Diessenhofen in Verbindung bringen. Zur Zeit der Reformation wurden diese Glasgemälde zerstört (Knoepfli, 1989, S. 220; Frei-Kundert, 1929, S. 9–26).
1538/39 wurde das Dormitorium und das Refektorium neu verglast. 1548 stiftete der Stand Schaffhausen eine von Felix Lindtmayer d. J. hergestellte Scheibe nach St. Katharinental (Hasler, 2010, S. 120). Zwischen 1565 und 1571 wurde der neu eingewölbte Kreuzgang verglast. An den eidgenössischen Tagsatzungen vom 8. Juni und 16. November 1567 bat der thurgauische Landvogt die Orte um Fenster und Wappen in den erneuerten Kreuzgang (Eidgenössische Abschiede, 4.2). Verschiedene Stiftungen in den Kreuzgang sowie in das Herrenhaus sind in dieser Zeit belegt (vgl. Knoepfli, 1989, S. 223–224). Die damalige Stiftung von Kaspar Ludwig von Haidenheim und Anna Reichlin von Meldegg im Jahr 1577 ist durch ein Fragment belegt (TG_1993).
Danach sind eine Stiftung Schaffhausens im Jahr 1606 (von Antonius II. Keller, Hasler, 2010, S. 90); eine Stiftung Zürichs 1607 (von Josias Murer; Meyer, 1884, S. 220) sowie zwei Stiftungen im Jahr 1611 (Knoepfli, 1989, S. 225) dokumentiert.

Das Historische Museum Thurgau besitzt 1972 ergrabene Fragmente aus der Zeit um 1305 sowie aus dem 16. und 17. Jahrhundert.

Das heute stehenden, ehemaligen Klostergebäude wurde 1714–1718 sowie 1744/45 erbaut. Die Klosterkirche datiert von 1732–1738.
1869 wurde das Kloster aufgehoben. Heute befindet sich eine Klinik sowie das Hausmuseum in den Räumlichkeiten.

Frei-Kundert, K. (1929). Zur Baugeschichte des Klosters St. Katharinenthal. Thurgauische Beiträge zur vaterländischen Geschichte, Bd. 66, S. 1–176.

Hasler, R. (2010). Die Schaffhauser Glasmalerei des 16. bis 18. Jahrhunderts. Corpus Vitrearum Schweiz, Reihe Neuzeit, Bd. 5. Bern etc.: Peter Lang.

Knoepfli, A. (1989). Die Kunstdenkmäler des Kantons Thurgau. Bd. IV: Das Kloster St. Katharinenthal. Die Kunstdenkmäler der Schweiz. Basel: Wiese Verlag.

Meyer, H. (1884). Über die schweizerische Sitte der Fenster- und Wappenschenkung vom XV. bis XVII. Jahrhundert. Frauenfeld: J. Huber.