Il dipinto, di forma ottagonale, raffigura la Madonna con Bambino, santa Caterina da Siena e un santo vescovo. La Madonna è al centro, seduta, con una veste rossa, il velo e il mantello blu. Tiene con le mani un panno bianco sul quale è posato Gesù Bambino, che si appoggia alla sua veste. A sinistra, c’è un santo vescovo con un pastorale e un mantello blu. A destra, santa Caterina da Siena, coronata di spine e protesa verso il Bambino, con le mani giunte sul petto.
Il dipinto sembra appartenere all’ambito senese del Seicento, evidenziato dalle posture articolate delle figure, con richiami al luminismo di Rutilio Manetti, particolarmente evidenti nella rappresentazione di santa Caterina. Il dipinto fa pendant con un altro dalla forma simile, raffigurante una Madonna con Bambino e santa Teresa (inv. 0005). Iscrizione sul retro della cornice in alto: “129”.