Церковь построена из кирпича в русско-византийском стиле по оригинальному проекту в конце XIX века. К бесстолпному центрическому храму с востока примыкает развитая апсида, с запада — притвор с ризницей над ним и крытая небольшая паперть. Возвышавшаяся над притвором звонница не сохранилась. Ярусная композиция основного объема состоит из двух разновеликих восьмериков и завершена невысокой восьмигранной кровлей. Венчающая глава утрачена. Вытянутая центральная апсида с востока имеет полукружие. Вместе с боковыми полуциркульными апсидами, расположеннымина оси север-юг, она составляет своего рода триконх. Развитое декоративное убранство фасадов является отличительной чертой этого памятника. Стены восьмерика храма, грани барабана, прясла стен апсиды и притвора, порталы и оконные проемы имеют килевидные завершения. Повторенное в различных сочетаниях килевидное завершение окон усложнено рустованным обрамлением прясел стен, филёнками и другими элементами. Восточный фасад украшен огромным декоративным восьмиконечным крестом на всю высоту апсиды. Верхняя часть креста решена в виде оконного проема, чей темный проем снаружи и ярко светящийся внутри «витраж» составляют чрезвычайно интересный и редкий для православных храмов приём.
В интерьере оригинально исполнено восьмидольное перекрытие храма с распалубками, врезанными в лотки, которые потребовались для усиления конструкций перекрытия, чтобы сделать высокую стрелу подъема свода и прорезать его вершину широким световым отверстием. Сам световой восьмерик перекрыт деревянным восьмидольным подшивным потолком, имитирующим небо. Апсида перекрыта системой подпружных арок и коробовым сводом с распалубками. Боковые апсиды (жертвенник и дьяконник) имеют деревянное плоское перекрытие. Притвор имеет коробовый свод, прорезанный в юго-западном углу отверстием, через которое по деревянной винтовой лестнице можно было попасть в светлое просторное помещение, предназначавшееся, вероятно, для ризницы, а из него так же винтовая лестница вела выше на ярус звона. Сложное построение объемов церкви с широким применением деревянных конструкций — характерный прием строительства в данном регионе.
По материалам книги Памятники архитектуры Тверской области. Каталог. Кн. 2. / Ред. Г.К. Смирнов. — Тверь; Книжно-издательский отдел ОАО «Тверское княжество», 2002. http://hram-tver.narod.ru/bologoern/lykoshinobologoe.html
