Architektura Kościół św. Sergiusza został wzniesiony na rzucie prostokąta, w formie bazyliki z nawą główną i dwiema nawami bocznymi (północną i południową), oraz narteksem. Kościół jest orientowany, z nawą główną pokrytą dwuspadowym dachem, zaś nawy boczne pokrywają płaskie, poziome zadaszenia. Charakterystyczny dach budowli ma przypominać Arkę Noego. Nawy oddzielają dwa rzędy kolumn – jedenaście jest wykonanych z białego marmuru, a tylko jedna z czerwonego granitu. Powyżej nawy bocznej istnieje galeria z dwiema kapliczkami, które są używane do kultu prywatnego i praktykowania postu przed Wielkanocą. Pierwsza jest poświęcona patronom kościoła – męczennikom Sergiuszowi i Bakchusowi, zaś druga Abrahamowi, Izaakowi i Jakubowi.
Na części kolumn widnieją wizerunki świętych. Na ikonach przedstawione są sceny z życia Chrystusa, Najświętszej Marii Panny oraz świętych. Ulokowane we wschodniej części budowli sanktuarium oddziela od nawy głównej drewniany higab, pięknie zdobiony hebanem i kością słoniową. Jego najstarsza część pochodzi z XIII wieku. Drewniany baldachim nad ołtarzem sanktuarium jest wsparty na czterech filarach. Zdobią go sceny biblijne, między innymi przedstawiające Pantokratora i Archanioła Gabriela. Apsydę za ołtarzem zdobią mozaiki i pasy z marmuru.