Su construcción como ciudadela se realizó paulatinamente, sobre los cuatro solares que adquirió el Cabildo Justicia y Regimiento de Arequipa en 1568 para un monasterio de mojas que debía llamarse de Nuestra Señora de Gracia y que no funcionó. El monasterio de Santa Catalina es un muestrario de cuatro siglos de arquitectura arequipeña.

En este monasterio ingresaban las mujeres que así lo deseaban, aunque en el documento de fundación señalaban que debían ser mujeres españolas. Debían dar una dote de mil pesos de plata ensayada y marcada y cien pesos corrientes para alimentos. A mediados del siglo XVIII la población se componía de cincuenta y siete religiosas de velo negro, dieciocho de velo blanco, cincuenta y un donadas y doscientas doncellas y seglares de servicio.

Se construyó en sillar (piedra de origen volcánico), con bóvedas de ladrillo; es el santuario principal de la ciudad que ocupa todo el lado norte de la Plaza de Armas. Construida totalmente en sillar, exhibe un estilo neorrenacentista con cierta influencia gótica. Su fachada está constituida por setenta columnas con capiteles corintios, tres portadas y dos grandes arcos laterales. Está rematada por dos altas torres renacentistas y estilizadas. En su interior se encuentra el altar mayor, hecho con mármol de Carrara y confeccionado por Felipe Maratillo.

A raíz de las importantes investigaciones arqueológicas realizadas por el Proyecto: Santuarios de Altura del Sur Andino, dirigido por los Doctores Johan Reinhard y José Antonio Chávez Chávez.

El Museo Santuarios alberga a la Momia Juanita y diversos elementos, se encuentra concebido para convertirse en un Instituto de Investigaciones Científicas y de Proyección Social. Al momento, cumple las funciones de programación, promoción, desarrollo, evaluación y difusión de la investigación científica.

En la organización administrativa, depende directamente del Rectorado.

Se cree que fue parte de una ceremonia de capac cocha, una ofrenda humana frecuente en el Imperio inca y, posiblemente murió durante el reinado del Sapa Inca Pachacútec Inca Yupanqui.

Durante una expedición al nevado Ampato en 1995 el arqueólogo de montaña Johan Reinhard y el andinista Miguel Zárate, divisaron a lo lejos algo que relucía en el cráter del nevado y bajaron a la hondonada encontrando un bulto. Lo levantaron con cuidado y con asombro vieron que se trataba del cuerpo de una joven, excelentemente conservada. Además, en los alrededores encontraron varias illas, estatuillas de oro y de spondyllus, varios tipos de plantas, entre las que sobresalían el maíz y varias leguminosas. Días después los restos fueron llevados a Arequipa e inicialmente guardados en una refrigeradora y se mantiene conservado en el museo santuarios andinos de Arequipa.

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