Изначальная церковь Неопалимой Купины простояла два века, потом, в 530 году, Юстиниан выстроил крепость. В этот период или вскоре после того церковь Неопалимой Купины расширили, она приобрела современные формы, тогда же ее стали называть церковью Преображения, в ней появилась великолепная византийская мозаика в куполе над высоким алтарем. Апсиду старой церкви Неопалимой Купины сохранили, она все еще находится внутри, в восточной части нынешней церкви Преображения; по ней видно, что первоначальная церковь была намного меньше и ниже.

Вплоть до Средних веков паломники продолжали посещать церковь Преображения, чтобы молиться перед Неопалимой Купиной, но перенос в монастырь мощей святой Екатерины Александрийской положил начало новой главе в истории синайской церкви. Она не только получила новое, третье по счету имя, но и весь монастырь стал известен как обитель Св. Екатерины; это название сохраняется по сию пору, хотя официально церковь не посвящена святой, а только является хранилищем ее мощей.

Связь истории святой Екатерины и синайской церкви стала столь примечательной, что с этих далеких гор ее слава распространилась по всей Европе, и в особенности в Бельгии. Екатерина была девой из Александрии, которая умерла за веру во времена правления Максимиана. Среди уготованных ей пыток было привязывание к четырем колесам, усеянным шипами, которые, как гласит легенда, вращались, не разрывая ее плоти. Тогда мучители отвели деву к палачу, который отрубил ей голову. Через пять столетий после ее мученичества одному из синайских монахов открылось, что тело святой Екатерины ангелы перенесли на вершину Джебел Катерин — ближайшую к горе Синай. Братья поднялись туда и обнаружили мощи святой, которые сначала не стали переносить в свою церковь. Кости святой источали миро, которое монахи время от времени собирали в стеклянный фиал, причем была установлена очередь на исполнение этой почетной роли. Однажды, примерно в 1026 году, монах по имени Симеон отправился на вершину горы Синай, чтобы собрать миро, и заметил, что от мощей отделились три пальца, которые он и взял с собой в монастырь. В то время существовал обычай посылать священное миро из монастыря на Синае ко дворам Европы в обмен на пожертвования со стороны королей и принцев. Среди тех, кто на протяжении многих поколений являлся жертвователями монастыря, можно назвать герцогов Нормандии. Каждый год монахи отправлялись с Синая в Руан и всегда привозили назад дары из золота и серебра.

Таким образом, в 1026 году или около того жребий совершить путешествие выпал монаху Симеону, и он взял с собой три отделившихся пальца святой Екатерины и, после многих приключений на суше и на море, преподнес свой дар герцогу Роберу Норманнскому, отцу Вильгельма Завоевателя. Когда Симеон прибыл в Руан вскоре после вступления Робера на престол, будущему покорителю Англии было, вероятно, около года.

Реликвии святой Екатерины поместили в аббатстве Троицы возле Руана, и когда аббат Изамбер лично освидетельствовал святыню, распространилось мнение, что мощи исцеляют от болей. Их слава росла, пока аббатство возле Руана, как и церковь Преображения на Синае, не утратило в сознании верующих свое прежнее наименование и не стало считаться аббатством Св. Екатерины. Весьма любопытно, как культ святой быстро распространился по всей Европе. Крестоносцы, возвращавшиеся из походов, приносили рассказы о ней с Востока; появилось латинское житие; новый поток паломников направился на Синай, где монахи приняли решение перенести мощи святой с вершины горы в церковь, где они по сей день хранятся в особом ковчеге.