Η εκκλησία, που χαρακτηρίζεται από τους ειδικούς ως «σταυρεπίστεγη τρίκλιτη βασιλική μετά τρουλλοκαμάρας» σαν κτίριο, είναι ένα πολύ ενδιαφέρον αρχιτεκτονικό μνημείο.

Στη διάρκεια των αιώνων υπέστη πολλές ανακαινήσεις, με πιο έντονη εκείνη κατά τη Φραγκοκρατία της οποία η επίδραση είναι ιδιαιτέρως φανερή στην αρχιτεκτονική της διαμόρφωση.

Πέρα από το χαρακτήρα της σας ιερού ναού η εκκλησία λειτουργεί και σαν εκθεσιακός χώρος όπου είναι συγκεντρωμένα πολλά έργα της θρησκευτική καλλιτεχνικής παράδοσης του νησιού. Βλέπει κανείς, εκεί μέσα, εικόνες από τον 14^ο αιώνα, όπως μια σπάνια αποκαθήλωση, έργα της Κρητικής σχολής, καθώς και πολλά έργα του Εμμανουήλ και Αντώνιου Σκορδίλη, των Κρητικών ζωγράφων που σταδιοδρόμησαν στη Μήλο από το 1647 και πέρα, και έφεραν άλλον αέρα στη μετα - Βυζαντινή ζωγραφική. Πέρα από τις εικόνες, οι επιτάφιοι και τα ξυλόγλυπτα αναλόγια και τα εικονοστάσια του 17^ου αιώνα, ο δεσποτικός θρόνος και τα τέμπλα της ίδιας εποχής, τα ασημένια δισκοπότηρα και θυμιατά του 18^ου αιώνα, τα χρυσά αφιερώματα, δαχτυλίδια, περιδέραια, σκουλαρίκια κ.α. μαρτυρούν ένα υψηλό καλλιτεχνικό επίπεδο αλλά δίνουν ταυτόχρονα και μια γεύση της μηλέικης εκκλησιαστικής λαογραφίας.

Η σπάνια αρχιτεκτονική αυτού του ναού και τα εκκλησιαστικά έργα που περιέχει προκαλούν σε όλους τους επισκέπτες συγκίνηση, όχι μόνο σαν στοιχεία της ορθόδοξης λατρείας και παράδοσης, αλλά και σαν έργα υψηλής τέχνης.