Natten till den 17 maj 1990 brann Katarina kyrka för andra gången. Kyrktornet störtade samman och gick genom kyrkvalvet. Kvar fanns i stort sett bara kyrkans ytterväggar, men man lyckades att rädda värdefulla textilier och kyrksilvret. En utredning om brandorsaken lyckades inte komma till något säkert svar, men kom fram till att det sannolikt hade legat och pyrt mellan taklagen i minst ett dygn innan branden flammade upp. Trots att kyrkan var väl försäkrad krävdes omfattande insamlingar och för detta bildades Stiftelsen Rädda Katarina. Kyrkan byggdes upp igen; det gjordes klart att inga moderna byggmaterial skulle användas. Som arkitekt för återuppbyggnaden utsågs slottsarkitekt Ove Hidemark. Vid rekonstruktionen av byggnaden användes bland annat 52 000 handsmidda spikar, 120 000 stortegel av gammalt format från Bältarbo tegelbruk, 5½ ton björknäver, 1 600 rutor med munblåst färgat antikglas och 5 000 m² kopparplåt. År 1995 kunde kyrkan återinvigas av biskop Henrik Svenungsson.
