La chapelle Sainte-Catherine est une ancienne église tréviale de la paroisse de Poullaouen. Son édification débuta au XVème siècle, probablement sous la houlette des seigneurs du Tymeur en Poullaouen qui y conservèrent droit de supériorité et de fondation jusqu’au XVIIIème siècle. La famille de Lamprat, citée à la montre de 1481 et dont le manoir disparu, se trouvait à quelques encablures seulement de la chapelle Sainte-Catherine, y contribua peut-être également. Dans l'état actuel de nos connaissances, aucun document ne permet cependant de confirmer ces hypothèses de mécénat. De plus, aucune armoirie n'est visible à l'intérieur ni à l'extérieur de l'édifice.
Concernant sa datation, le style des éléments sculptés du portail nord et de la niche-crédence placée à droite du maître-autel, accréditent un début de construction au XVème siècle. Cependant, l’édifice, dans sa présentation actuelle, est le fruit de différents projets de transformation ultérieurs.
Le cadastre de 1819-1820 nous apprend que l'église était alors flanquée au nord d'un bâtiment, dont on suppose qu'il s'agissait d'une sacristie. Cette dernière dut être adjointe dans les années 1570-1580, si l'on en croit la modénature de la porte Renaissance qui permettait d'y accéder depuis le choeur. Sur ce même cadastre, on relève l'absence du collatéral sud qui n'a probablement jamais existé. En effet, le détail de la taille des blocs de pierre de la pile de l'arcade bouchée la plus à l'ouest témoigne d'un état d'inachèvement.
Le clocher et la voûte du porche furent reconstruits au XVIIème siècle. L’inscription portée sur la frise du portail ouest date cette intervention de 1675. L’escalier à vis dans l’œuvre de l’ancienne tour gothique (qui devait ressembler à celle de la chapelle voisine de Saint-Idunet) fut alors condamné.
D’importants travaux effectués au XIXème siècle modifièrent ensuite définitivement la physionomie de l’église. Après 1818-1820, la sacristie nord fut démolie, probablement afin d’élargir la route. Les pierres de ce bâtiment durent alors être utilisées pour reconstruire le parement sud de la chapelle sud et de la nouvelle sacristie, établie sur une travée, dans l'angle de cette chapelle et de la nef.
En 1964, la chapelle et son mobilier furent examinés et photographiés dans le cadre de la première étude topographique de l’Inventaire général, qui portait sur le canton de Carhaix-Plouguer.
En 1991, l’Association des Amis de la chapelle Sainte-Catherine fut créée et entreprit une série de travaux comme la suppression des enduits intérieurs (1992) et le réaménagement du chœur (1994). Le retable sculpté en bas-relief (XVIème s.) fut placé dans une vitrine contre le mur de la chapelle sud. Mentionnons également la mise en place d’une maîtresse-vitre contemporaine, représentant Sainte-Catherine d’Alexandrie (1997) et la commande de luminaires en forme de roues. Enfin les abords firent l’objet d’aménagements comme la reconstruction du mur d’enclos (1991-1994), le remontage de la fontaine devant la façade ouest de la chapelle (1997) et la plantation d’arbres et d’arbustes aux alentours.
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