Церква була побудована у вигляді ротонди, по фасаду її прикрашають колони, на вході — портик доричного ордера з трикутним фронтоном. При будівництві церкви була застосована система подвійного купола, що поліпшило її акустику та освітлення. Пізніше цю систему використовував архітектор Андрій Вороніхин при будівництві Казанського собору у Санкт-Петербурзі.

Після ремонтних робіт (у 1862 та 1867) церква набула сучасного вигляду: цегляна, майже кругла в плані, однобанна, з виступаючою прямокутною вхідною лоджією, прикрашеною чотирьохколонними портиками доричного ордеру із трикутним фронтоном. Споруда скомпонована у вигляді двох циліндричних об’ємів. Зовнішній перекритий лучковим склепінням, внутрішній — системою подвійного куполу. Обидва куполи спираються на кільце стін, полегшене вісьмома арковими прорізами. Стіни мають двоповерхове членування.

У підвалі влаштовано родинну усипальницю-склеп Кочубеїв. У храмі зберігалася чудотворна ікона св. Миколая.

Позаду вівтаря церкви знаходиться старе кладовище, на якому збереглися поховання священиків, що правили у храмі. За церковною огорожею розміщується сучасний, діючий цвинтар. Неподалік від входу на церковну територію зберігся вітряк кін. 19 — поч. 20 ст. У вівтарній частині храму знаходиться давній пеньок, на якому сталося чудотворне явлення Миколаївської ікони.