Architektura mały|lewo|Dzwonnica Jest to budowla pięciokopułowa, z trzema wejściowymi gankami krytymi dachami namiotowymi, wzniesiona na planie krzyża greckiego, naśladująca w rozplanowaniu drewniane cerkwie zrębowe. W cerkwi znajdują się cztery ołtarze: główny Narodzenia Matki Bożej, boczne Świętych Piotra i Pawła, Świętych Zachariasza i Elżbiety oraz Świętych Adriana i Natalii. Razumowscy zamierzali uczynić z cerkwi świątynię rodzinną.
Wyposażenie cerkwi wykonane zostało w stylu późnego europejskiego baroku. W 1753 powstał 27-metrowy ikonostas świątyni, pierwotnie złożony z 80 ikon (zachowało się 50) wykonanych przez Hryhorija Stecenkę. Konstrukcję ikonostasu wykonano we Włoszech, a jego wykonanie opłaciła caryca Elżbieta Romanowa. Ikonostas wykonany jest z drewna, jedynie carskie wrota wykute zostały w brązie. Przestrzenie między wizerunkami świętych i kolumny konstrukcji zdobione są motywami winogronowych liści i gron, całość była złocona, widoczne są także ozdobne główki aniołów.
W dolnej cerkwi przechowywana jest pochodzący z góry Athos kopia Iwerskiej Ikony Matki Bożej.