Арки и своды кафоликона имеют слегка стрельчатую форму. К своду западного рукава примыкает узкая подпружная арка, опирающаяся на профилированные кронштейны. По всей длине южной стены идёт ряд арок разного пролета, подвешенных на кронштейны. Южный придел церкви состоит из трёх частей. Средняя часть, снаружи возвышающаяся над боковыми и покрытая двускатной кровлей, имеет звездчатый свод. Она служит проходом к южной двери церкви и к двери часовни, расположенной к востоку от неё. С запада к центральной части придела примыкает небольшое дополнительное пространство, стены придела сделаны в один накат. Основной вход в Кватахеви расположен с южной стороны. Через северные ворота можно выйти на задний монастырский двор и в лес. Большая часть построек комплекса сконцентрирована в юго-западной части территории Кватахеви. Кельи монахов выстроены вдоль западного участка ограды. Пятиугольная в плане колокольня устроена к западу от храма на двухступенчатом возвышении и представляет собой сень под конусообразной крышей, поддерживаемой опирающимися на столбы полукруглыми арками. Трапезная (6,7х10,2 м), выстроенная из рваного камня, расположена в северо-западном углу комплекса, в её западной стене сохранились две большие печи. В ограде близ южных ворот – двухэтажная башня, сложенная из рваного камня и не раз перестраивавшаяся. Согласно церковному преданию, в основание кафоликона Кватахеви была вложена частица ризы Пресвятой Богородицы. По сведениям П.И. Иоселиани, среди святынь, перевезённых в 1821 г. из Кватахеви в Преображенский монастырь в Тифлисе, были мощи святых (черепа); считается, что они принадлежали св. апостолу Фоме и мученику Евгению. В серебряном ковчежце с изображением Пресвятой Богородицы хранились частицы бедренной кости великомученика Георгия и позвоночника великомученика Димитрия Солунского. Ковчежец был передан на хранение в приписанный к Преображенской обители монастырь Шиомгвиме. Большая часть святынь Кватахеви хранится в Государственном музее истории Грузии.