L'edifici, de dos pisos, està format per tres ales. L'ala aquest va ser construïda a finals del segle x o principis del XI. En el segle xiii, durant el Segon Imperi Búlgar, se'n va afegir l'ala central. L'església es va completar amb l'ala oest a mitjans del segle xix.
L'església és cèlebre pels seus frescos, realitzats el 1259 sobre altres de més antics. Representen un dels exemples més complets i millor conservats de l'art medieval de l'Europa oriental. En total, són vuitanta-nou escenes amb dues-centes quaranta figures humanes. L'autor n'és desconegut, però probablement pertanyia a l'escola de Tarnovo. Divuit escenes del nàrtex, que il·lustren la vida de sant Nicolau, contenen detalls de la societat de l'època: el miracle en el mar, el vaixell i els barrets dels mariners recorden la flota veneciana. Els retrats del sebastocràtor Kaloyan, constructor de l'ala central, i la seva esposa Desislava, així com els del tsar Constantí I i la tsarina Irina, considerats entre els més impressionants i reeixits de l'església, són al mur nord. A més de la primera capa de frescos, dels segles xi i XII, de la qual es conserven pocs fragments, i de la segona, la més famosa, de 1259, l'església té uns pocs frescos més recents, dels segles xiv, XVI i xvii, així com de 1882. Els frescos han estat restaurats.
