A falu területén talált régészeti leletek bronzkori település nyomairól tanúskodnak. Tekintettel arra, hogy az egyházközség a pápai tizedjegyzék 1332. évi rovatában Sancta Catherina néven szerepel, így a település lakossága a templom védőszentjéről, Alexandriai Szent Katalinról származtatta a falu nevét. Ez a név a századok folyamán különböző írásokban több változatban fordult elő: 1533 – Zenthkatolna, 1561 – Szent-Katolna, 1694 – Szent Katolna, a későbbiekben Szentkatolna egybeírva szerepel. A régi templom az 1802-es évi földrengéskor összeomlott, helyette 1815–23-ban újat építettek.
A 2002-es népszámlálás alapján a falu lakossága 1491 fő, melyből 1468 magyar és 23 román nemzetiségű. Az 1848-as szabadságharc során Háromszék fő királybírója Szentkatolnát jelölte ki az 1848 októberében tartandó forradalmi népgyűlés színhelyéül. A népgyűlésre gróf Kun József udvarházában került sor. (Ma a nép későbbi tulajdonosáról Sinkovits udvarnak nevezi.)
A falu első iskolája 1500-ból datálódik, amelynek tanítója Kis András iskolamester volt. A jelenlegi nyolcosztályos általános iskola Bálint Gábor orientalista nyelvtudós nevét viseli.
A falu szülöttei: dr. Demény Antal (1744–1833) egyetemi tanár, Bakk Endre (1841–1906) vízaknai kanonok-plébános, történetíró, Bálint Benedek (1860–1920) fametsző képzőművész, dr. Bálint Gábor (1844–1913) orientalista nyelvtudós, Pál István (1854–1935) udvarhelyi plébános, státusi referens, aki a  román szenátus tagjaként küzdött a magyar oktatás ügyéért. Nagy károkat okozó földrengések 1802-ben és 1977-ben voltak. Az 1846-ban történt tűzvész alkalmával az egész falu leégett. Súlyos csapás volt az 1884-es árvíz is. Az 1946. évi aszály következtében többen telepedtek át Arad vidékére. Hatolyka filia is plébánia volt a középkorban. 1650-ben új templomot, 1668-ban tornyot építettek.
Kézdimartonfalva neve 1407-ben bukkan fel először. Templomának építését, stíluselemei alapján, a 13. századra teszik. A reformáció idején lakossága a templommal együtt református lett. Alsócsernáton filiája volt. 1974-ben Harai János alsócsernátoni plébános építtetett imaházat.