Mahkamah itu mengatakan harus mempertimbangkan dulu apakah pemungutan suara tanggal 9 November itu melanggar konstitusi atau tidak.
Tindakan mahkamah itu atas permintaan pemerintah pusat Spanyol di Madrid.
Mahkamah itu bertindak beberapa jam setelah Perdana Menteri Mariano Rajoy mengatakan dekrit referendum itu merupakan "serangan serius terhadap hak-hak semua orang Spanyol."
Menurut Konstitusi Spanyol tahun 1979, Rajoy mengatakan, semua orang Spanyol harus menentukan pilihan terhadap isu-isu kedaulatan - bukan hanya ke lima juta warga Catalonia.
Catalonia, yang menyumbang sekitar seperlima ekonomi Spanyol, memiliki bahasa sendiri dan budaya yang berbeda dan telah lama memperjuangkan otonomi yang lebih besar.