Византийский мраморный невысокий иконостас был заменен высоким русского типа из светлого паросского и пентелийского мрамора. Работы производил Флоримон Буланже. Царские врата вырезаны из дерева по эскизу Р. И. Кузьмина. 18 икон иконостаса были написаны П. М. Шамшиным. Среди святых — шесть русских: трое из северной России и трое из южной.
Роспись немецкого художника романтического направления Людовика Тирса заменила в 1847 году сохранившиеся к тому времени византийские фрески.
Крипта облицована плоским «римским» кирпичом. Здесь, на глубине пяти метров, аккуратно разложены найденные там обломки античных плит с надписями, капители от мраморных колонн и другие археологические находки.
Трёхъярусная колокольня возведена из жёлтого камня, красного кирпича и белого мрамора. Колокола были отлиты в Триесте. Самый большой колокол, «Никодим», весил 280 пудов.
Ранее территория храма была окружена чугунной решёткой, специально отлитой в Санкт-Петербурге. Она была убрана по приказу греческих властей и перенесена к Русскому дому в квартале Аргируполис.
Возле стен храма похоронены последний царский посол в Греции Елим Демидов, князь Сан-Донато, и его жена Софья Воронцова-Дашкова.
