Din punct de vedere arhitectural, biserica este în formă de cruce, cu turlă cu douăsprezece feţe şi cavităţi laterale. Biserica este împărţită în pronaosul extern, pronaos, naos şi Sfântul Altar.

Pronaosul extern este spaţios, împodobit cu puţine picturi murale, cât şi cu „trivlia”, adică farfurii de diferite forme. Pronaosul propriu-zis, cu cele 9 cupole mici, este spaţios şi se sprijină pe patru coloane. În spate, în partea dreaptă, se află mormintele ctitorilor. Iconostasul a fost sculptat în lemn şi aurit în 1791 şi cuprinde reprezentări din regnul vegetal şi regnul animal.

Sfântul Altar a fost prima biserică a mănăstirii care şi-a pierdut pronaosul atunci când s-a construit biserica cea mare. În formă de cruce, cu 2 coloane şi turlă, altarul are lungimea de 10 metri. A fost construită în anul 1382 de către Sfântul Atanasie Ctitorul. Mai târziu, în anul 1388, a fost completată de către Cuviosul Ioasaf, iar în 1484 a fost pictată.

Biserica este împodobită cu fresce. Compoziţiile au un puternic simţ artistic, de îndemânare şi plasticitate. După unele studii, se pare că aceste picturi murale ale katholikonului de la Marele Meteor ar fi ultimele lucrări ale vestitului iconar Teofan Cretanul.