Podpierająca się lekko o zębate koło święta Katarzyna ma pochyloną głowę, na jej twarzy widać nastrój refleksji. Kolor, układ włosów, opaska na nich oraz uroda i delikatne rysy twarzy są podobne do Marii. Męczennica jest także odziana w czerwone szaty, przy czym w tych tonacjach utrzymany jest płaszcz okrywający ciemnogranatową suknię. Na drugim planie wyłaniają się fragmentarycznie dwa drzewa (brzoza i dąb). W głębi wznoszą się namalowane w brązowych odcieniach dwa skaliste wzgórza, częściowo pokryte roślinnością. Turkusowy firmament nieba jest częściowo przysłonięty gęstymi szarymi chmurami. W lewym narożu wyłania się fragment łuku tęczy, będącej symbolem przymierza z Bogiem.
Madonna z Dzieciątkiem i święta Katarzyna Aleksandryjska jest obrazem łączącym nastrój refleksji z idylliczną radością. Trzymane w dłoniach Dzieciątka i świętej Katarzyny winogrona są aluzją do zbawczej męki i śmierci krzyżowej oraz męczeństwa za głoszenie Słowa Bożego. Emanujący na twarzach młodych postaci uśmiech, kolorystyka oraz sceneria krajobrazowa przywołują radość życia wiecznego w Bożym Królestwie. Pod tym względem dzieło z Sandomierza wpisuje się poczet licznych dzieł malarstwa tablicowego, gdzie styka się długa tradycja gotyku z upowszechnioną we włoskim renesansie percepcją rzeczywistości.