Der Kirche sind ein Eso- und ein Exonarthex vorgelagert, auf der rechten Seite ist eine Seitenkapelle (Parekklesion) und auf der linken eine zweistöckige Galerie. Über dem Mittelschiff ruht eine Kuppel, die in ihrer heutigen Form von den Osmanen erbaut wurde.

Die Mosaiken und Fresken sind sowohl qualitativ als auch ihrer Anzahl nach die bedeutendsten erhaltenen byzantinischen Bildwerke. Sie entstanden etwa zur Zeit Giottos. In dem Detail stark unterschiedlich sind doch die Ähnlichkeiten mit dessen Fresken in Italien in ihrer Lebendigkeit und ihrem Realismus, die dem Geist der frühen Renaissance verhaftet sind, nicht zu übersehen. Mit der traditionell streng stilisierten byzantinischen Kunst haben sie ca. mehr wenig gemein. Die sich anmutig bewegenden Personen verleihen den Darstellungen unvergleichliche Leichtigkeit und Eleganz, die zusätzlich durch die frische Farbgebung unterstrichen wird. Auch die weit gespannte Vielfalt biblischer Themen gibt einen Eindruck von der Schaffenskraft byzantinischer Meister. Nennend sind die Erzählfreude und der Detailreichtum der Mosaiken. Ihre Leitmotive sind die Menschwerdung Gottes (die Inkarnation) und die damit verbundene Erlösung der Menschen. Das zweite Kommen Christi als zentrales Motiv der Fresken der Grabkapelle rundet dieses Konzept ab.

Die Mosaiken in der Kirche folgen einer strengen ikonographischen Ordnung. Beim Eintritt in die Chora-Kirche fällt der Blick auf die Darstellung von Christus Pantokrator über dem Portal zu dem inneren Narthex. Dahinter gegenüberliegend über dem Haupteingang erscheint die Muttergottes: Die Neugründung war somit Christus und Maria geweiht. Nach Durchschreiten des äußeren Narthex stößt man auf das Stiftermosaik, das Theodoros Metochites kniend darstellt, wie er Christus ein Modell seiner Kirche darbringt. Zwei Mosaikikonen Petrus und Paulus flankieren den Durchgang. Die Südkuppel davor zeigt Christus Pantokrator und die Genealogie Christi, die Nordkuppel Maria und ihre Vorfahren. In dem unter der Kuppel anschließenden Gewölbe beginnt der Zyklus aus ursprünglich 20 Szenen mit Darstellungen aus der Legende des in dem Mittelalter sehr beliebten Marienlebens. Der Bildzyklus in dem äußeren Narthex beginnt mit der Kindheit Jesu und setzt sich mit den Darstellungen des öffentlichen Wirkens Christi in den inneren Narthex hinein fort. Heiligenportraits und das Mosaik der sterbenden Jungfrau in dem Kirchenschiff runden das Gesamtbild ab.

Die qualitätsvollen Fresken in der südlichen Seitenkapelle (Parakklesion) waren der letzte Auftrag des Kanzlers Theodoros Metochites und datieren wohl aus den Jahren 1320 und 1321. Der Meister dieser Werke ist unbekannt, war aber wahrscheinlich auch der Schöpfer der Mosaiken der Kirche. Das Bildprogramm ist typisch für Darstellungen in einer Grabkapelle: Es sind Themen der Wiederauferstehung und das Jüngste Gericht. Die Gemälde oberhalb des Simses stellen Christus als Weltenrichter, Himmel und Hölle sowie Maria als Mittlerin zwischen Himmel und Erde dar. In der Konche der Apsis ist die Auferstehung (griech. Anastasis) zu sehen. Sie stellt einen Höhepunkt byzantinischen Kunstschaffens dar. In dem Zentrum steht Christus, der gerade die Felsen und Tore der Hölle gesprengt hat, der gefesselte Satan liegt zu seinen Füßen. Mit der rechten Hand zieht er Adam aus dem Grab, mit der linken befreit er Eva. Hinter Adam stehen Johannes der Täufer, David und Salomon, in Evas Grab Abel und eine Gruppe von Gerechten. Die vier Gräber in der Kapelle liegen in tiefen Nischen. Ursprünglich standen dort Sarkophage. Darüber sind noch Spuren der einstigen Mosaiken und Fresken zu sehen.

Eine aufwändig gemeißelte und verzierte Archivolte ziert das Grab am nördlichen Ende der Kapelle. Die Namensinschrift ist verloren, dennoch gilt als sicher, dass es sich hier um das Grab des Stifters der Kirche, Theodoros Metochites, handelt. Er war eine der bedeutendsten Persönlichkeiten seiner Zeit, ein typischer Vertreter der Renaissance: Er war Diplomat, hoher Regierungsbeamter, Theologe, Philosoph, Historiker, Astronom, Dichter und Kunstmäzen. Er gilt als einer der Initiatoren der Renaissance der Palaiologen. Nach dem Staatsstreich durch Andronikos III. (1328-1341) fielen Metochites und die anderen Führer des alten Regimes in Ungnade. Sie verloren ihren Besitz und wurden in das Exil geschickt. Erst kurz vor dem Ende seines Lebens durfte Metochites in die Stadt zurückkehren und zog sichins Chora-Kloster zurück, wo er am 13. Mai 1331 starb.