Хотя Десятинная церковь не дошла до нас (она рухнула в 1240 г. во время Батыева нашествия), археологи смогли реконструировать ее внешний вид. Это было весьма внушительное сооружение длиной 27,2 м и шириной 18,3 м с тремя нефами, тремя абсидами и внутри с тремя парами столбов для поддержки сводов. Венчали его 5 больших куполов. Сообщение некоторых источников, что куполов было 25, не нашло подтверждения при раскопках. С южной и северной стороны храм окружали пониженные галереи с односкатными крышами.

В качестве кровельного материала служили свинцовые листы. Само здание было сложено из плоских тонких розовых кирпичей-плинфы с одним утопленным рядом, замазанным белой штукатуркой. Это был типичный прием византийской архитектуры – с его помощью постройка приобретала нарядный декоративный вид, поскольку выглядела полосатой. Украшали храм полуколонны, арки, зубчатые карнизы, окантовка углов стен, покрытые белой штукатуркой. При этом на полуколонны и карнизы был нанесен растительный орнамент. Окна по большей части были квадратными и застекленными.[243]

По мнению историков архитектуры, общий облик Десятинной церкви стал образцом для копирования при строительстве соборов в ХI—ХII вв. во многих русских городах. Все они были трехнефными, шестистолпными, крестокупольными и пятиглавыми.[244] Так, возведенная при участии Анны Романовны постройка оказала огромное влияние на развитие всей домонгольской древнерусской архитектуры. Русские мастера в других городах не смогли только скопировать внутреннее убранство киевского храма, которое было необычайно великолепным. Главным украшением Десятинной церкви являлся мрамор. Из него были сделаны колонны с резными капителями, парапеты у хор, алтарная преграда, а также резные карнизы у главных окон. Необычайной красотой отличался пол. В алтаре он был сделан из разноцветных мраморных плиток, яшмы и смальты. Все вместе представляло собой красочный ковер. В притворах пол был из муравленного кафеля. В центральной части храма из разноцветных плиток был выложен круг – омфалий, обозначавший пуп, середину. На этом месте должен был стоять священник во время службы. Аналогичные омфалии были в Зале Юстиниана в Константинопольском дворце, а также в храмах Иерусалима и Дельф. В остальных частях храма пол был выложен из белых мраморных и красных шиферных плиток в шахматном порядке. Нижняя часть стен также была декорирована плитками из мрамора, шифера и кафеля. За это современники прозвали Десятинную церковь «мраморяной».[245]

Поскольку ни мрамора, ни яшмы в районе Киева не было, то их, очевидно, привезли из Крыма по заказу принцессы. Несомненно, это было очень дорогостоящим делом.

Особую нарядность Десятинной церкви придавали фрески и мозаики, которые украшали всю верхнюю часть стен и купол. Следует отметить, что в византийских храмах не встречалось сочетание фресок и мозаик, обычно было что-то одно. Поэтому в данном случае убранство киевского собора представляло собой определенное новшество. Мозаики были сделаны из разноцветного стекла, которое, по мнению Ю. Л. Щаповой, стало производиться в это время в самом Киеве. Принцип его варки был заимствован у византийских мастеров. Кроме мозаик из него делали оконные стекла в зданиях – круглые и квадратные, посуду, браслеты, бусы и даже перстни.[246]

Стеклянные украшения особенно полюбились русским женщинам. Именно их археологи находили почти во всех женских погребениях XI в. Поэтому напрашивается предположение, что моду на стеклянные украшения ввели на Руси Анна и ее окружение. Вполне вероятно, что поначалу византийские мастера варки стекла были приглашены только для изготовления мозаик и оконных стекол для Десятинной церкви. Но потом они занялись женскими украшениями, которые очень полюбились модницам по всей стране. Искусству цветного стекловарения обучились русские ремесленники, и изготовление различных изделий из стекла стало массовым явлением в домонгольской Руси. Но после нашествия монголо-татар технология стекловарения была утрачена.