Główną relikwią cerkwi (i całej Rusi) była Włodzimierska Ikona Matki Bożej (przeniesiona w 1395 do Moskwy).
Pierwotna budowla z zewnątrz wyłożona była płytami marmurowymi, kopuła złocona, a miedziane dachy pokryte zostały ornamentami z kutego srebra. W 1161 wykonano wewnątrz freski. Wyposażenie liturgiczne składało się w większości z przedmiotów wykonanych z czystego srebra i złota. W Kijowie zamówiono także główne wrota, które miały być wykonane z czystego złota, jednak nie zostały one wykonane. Po pożarach lub grabieżach w latach 1185, 1238 i 1412 każdorazowo musiano całkowicie odtwarzać wyposażenie wnętrz. Obecnie istniejące, wiąże się z odrodzeniem znaczenia świątyni od 1645, kiedy to przekazano cerkwi relikwie świętego księcia Grzegorza, a w 1702 także książąt Andrzeja Bogolubskiego i jego syna Gleba. W latach 1768–1774 caryca Katarzyna II Wielka ufundowała nowy ikonostas oraz przebudowę wnętrza i ozdobienie go w stylu włoskiego baroku. Przy tej okazji usunięto większość starego (średniowiecznego) wystroju, a stare freski, w tym Rublowa, zamalowano i przykryto nowymi barokowymi. W XIX wieku wykonano srebrne zdobienia grobów władców i świętych.