Acesta este motivul pentru care aici s-a păstrat o colecţie unică de icoane, care acoperă întreaga istorie a Bisericii. Se pot admira icoane pe lemn, pictate în culori topite în ceară, care sunt într-o stare de conservare remarcabilă, dar şi mozaicul reprezentând Schimbarea la Faţă – executat din ordinul şi pe cheltuiala Sfântului Împărat Iustinian.

În ultimele decenii, la Mănăstirea „Sfânta Ecaterina” s-a amenajat un muzeu în care să fie expuse 150 de icoane, din tezaurul de peste 2000 de icoane al mănăstirii, de o valoare spirituală, istorică și artistică inestimabilă – colecții ce aparţin perioadei bizantine timpurii (sec. VI-X), în stilul elenistic, georgian, sirian și copt.

Mănăstirea „Sfânta Ecaterina” are trei icoane cunoscute în toată lumea, pictate în encaustic (culori topite în ceară), reprezentându-i pe Hristos, pe Maica Domnului cu Pruncul, însoţită de sfinţi şi îngeri, şi pe Sfântul Apostol Petru.

Nu în ultimul rând, Mănăstirea „Sfânta Ecaterina” adăposteşte a doua cea mai mare colecţie de manuscrise creştine din lume, după Biblioteca Vaticanului, însumând 3000 de manuscrise, dintre care două treimi în greacă și restul în arabă, slavonă, siriană, coptă, georgiană, armeană și etiopiană. Cele mai multe au conținut creștin, dar există și documente cu valoare istorică despre împărați, patriarhi, arhierei, egumeni și sultani.

Această colecţie este în curs de digitalizare şi va fi disponibilă online în curând.