«Вся прелесть, вся ценность Адмиралтейской церкви — в главном квадратном нефе, сооружённом московскими зодчими. Присутствие же пяти глав, кроме того, говорит о подражании храма новому для этой эпохи веянию, принесённому в Москву Иоанном III. Не менее характерным отпечатком той эпохи является и отношение малой ширины и длины к превышающей их высоте, чем запечатлевается мысль зодчих — дать молитве унестись ввысь. Двухъярусный с окнами неф держит крышу, переходящую из четырёх скатов в купольный свод, аналогичная конструкция вряд ли где встретится, и оригинальность её ещё более подчёркивается тем, что крыша не характеризует сводов потолка», — писал об Успенской Адмиралтейской церкви историк Николай Васильевич Валукинский.
Общий замысел храма достаточно традиционен для конца ХVII — начала ХVIII веков. Его четверик — двухъярусный (первый ярус сильно «врос» в землю за триста лет существования здания), кубический, квадратный в плане; увенчан пятиглавием: барабан центральной главы — световой, он больше по размерам глухих угловых барабанов. С восточной стороны к храму примыкает трёхчастная апсида, по ширине равная четверику, но по высоте не достигающая даже нижней кромки окон второго яруса (без учёта высоты кровли апсиды). Внутренние пространства дьяконника и жертвенника примерно равны половине внутреннего пространства алтаря, хотя снаружи, из-за толщины стен, создаётся впечатление равенства всех частей апсиды между собой. Трапезная и колокольня — поздние, выстроенные в духе классицизма. На южной стене четверика имеются две доски. На одной из них написано: «Успенская церковь (Адмиралтейская). Конец ХVII — начало ХVIII вв., колокольня и трапезная — ХIХ в. Памятник истории и архитектуры. Восстановлен к 300-летию Российского военно-морского флота (1996 г.) на средства государства и пожертвования граждан». Справа — вторая доска, она установлена 16 сентября 2003 года по инициативе региональной общественной организации «Колыбель русского флота»: «Здесь, под сводами храма, 16 (3) мая 1696 года, русский военный флот перед Азовским походом получил первое благословение на служение Отечеству».
Крышу храма венчают пять глав на небольших барабанах. Купола — луковичные, чуть приплюснутые. Декор, украшающий барабаны, по мнению Н. Валукинского, сходен «отчасти с каргопольскими, старосимоновскими и другими московскими церквами», однако не является их точной копией. По периметру всех барабанов протянуты аркатурно-колончатые пояса, на малых барабанах арочки — двойные. Центральный барабан, более мощный, чем остальные, — световой, остальные не выполняют осветительных задач. Декор центрального барабана происходит, по мнению исследователей, от новаций, принесённых в Россию в начале ХVI века Алевизом Новым. «Карниз под всей крышей корпуса переходит в пилястры, связанные полуциркульными карнизами (закомарами); каждую пилястру увенчивает опять ряд карнизов. Три ленты, торец ребром (зубцы), кстати сказать, излюбленная деталь владимиро-суздальского зодчества, фриз, рамочка и опять фриз. Композиция оригинальная, продуманная и интересная. Угловые пилястры спускаются до низу и переходят в уступчатый цоколь; средняя пара свешивается ниже уровня верхних окон, остальные же пилястры (числом восемь) не доходят до уровня окон. Но все они, белые на жёлтом фоне, кажутся холстами, опущенными рукою художника-зодчего, а карнизы напоминают кружева», — писал Н. Валукинский. Наличники на окнах представляют один из вариантов весьма характерного для русского зодчества ХVII века принципа обрамления окон: оконный проём с четырёх сторон заключён в прямоугольную «рамку», завершающуюся трёхчастным навершием в форме фигурной скобки. Успенская церковь, к сожалению, не имеет фресок. Роспись церкви после реставрации не проводилась, остатки прежних фресок закрыты современной штукатуркой.
В начале 2000-х годов внутри храма установили стенды с фотографиями разных лет, повествующими об истории Адмиралтейской церкви. Юго-восточный угол трапезной в Успенской церкви — мемориальный. Здесь размещены памятные доски, посвящённые воинам-морякам. Среди них: доска в честь моряков-подводников, погибших на «Комсомольце» и «Курске», установленная и освящённая 8 мая 2002 года (автор — скульптор А.И. Кожевников); доска в честь воронежцев, жизнь которых оборвалась 12 августа 1944 года на транспорте «Марина Раскова» и судах сопровождения в составе конвоя БД-5 на переходе в Карском море после атаки фашисткой субмарины; доска в честь матроса-кочегара Алексея Фирсова, отдавшего последний долг стране на легендарном «Варяге», а также имеются и другие мемориальные доски. Здесь же установлены барельефы Петра Великого, адмиралов Апраксина и Крюйса. Над ними — иконы, а ещё выше — Андреевский флаг, помещённый в церковь 23 мая 2003 года. Одновременно с флагом храму была передана икона выдающегося флотоводца, святого праведного воина Феодора Ушакова.
Во внутреннем помещении Успенского храма не трудно заметить любопытную систему поддержки сводов. Повышенные подпружные арки опираются не на четыре столпа, как в классическом крестово-купольном храме, но только на два, стоящих строго симметрично по центру четверика. От каждого из столпов арки перекинуты на стены. Своды, за исключением находящегося под центральным барабаном — глухие; опирающиеся на них барабаны не видны изнутри. Интересен декор на столпах в виде двойных наличников, верхняя и нижняя части которых имеют полуциркульные завершения, направленные в сторону сводов. Такие декоративные элементы совершенно не характерны для древнерусской архитектуры. Их явно барочный вид заставляет задуматься о позднем появлении этих элементов на столпах. Высота храма — 13,1 метра, высота колокольни — 21,4 метра. Стенопись церкви оштукатурена. Участок земли в ведении храма — 0,142 гектара.
