Икона написана на дереве в технике масляной живописи с использованием темперы. Исследователи наблюдают два основных красочных слоя, вопрос о датировке которых остаётся открытым. Исследователи отмечают, что верхний слой по манере живописи соответствует киевской художественной школе первой половины – середине XVIII в., но икона сохранила особенности украинского типа образа Божьей Матери 1670–1690 гг.: характерные черты лика, позолоченный, резной по левкасу орнамент фона (его элементы – круглые жемчужины в завитках раковин – исследователи встречают в последней трети XVII в.). Исследователи не исключают, что орнамент и скрытый нижний красочный слой являются более ранними. Как показывает рентгенограмма, иконописец при поновлении образа стремился точно следовать первоначальному изображению, в том числе в моделировке ликов и облачений. На лике Богоматери и на пяточке Младенца местами лежит третий слой, нанесённый в процессе поновлений XIX в. Перед началом реставрации на лике Богоматери был значительный выпад в верхнем красочном слое – по диагонали от левой брови через нос и правую щёку к шее, напоминающий след от удара (описанный в XIX в. как след от литовской сабли). В месте выпада виден неповреждённый нижний красочный слой, что, по мнению исследователей, может означать отсутствие «раны» на первоначальном изображении (её не показывает рентгенограмма). Повторное обретение Киево-Братской иконы воспринимается как подтверждение чудотворности образа. Послереволюционную конфискацию церковных ценностей и вывоз в Германию в период фашистской оккупации смогли пережить и серебряные позолоченные с драгоценными камнями ризы икон Братского монастыря. В настоящее время на Киево-Братской иконе находится серебряная чеканная позолоченная риза, запечатлённая на фотографии 1893 г. в книге Н.Ф. Мухина (отсутствует цата-подвеска). Корона, а также накладка на запястье и звезда на плече Богоматери украшены алмазами, изумрудами, аметистами, жемчугом, кварцем, цитринами. Сравнение ризы, состоящей из разновременных частей, с её воспроизведением на гравюрах показывает, что в общих чертах она близка к изображению на гравюре 1713 г. (утрачены ангелы, державшие над головой Богоматери корону). Орнамент центральной части ризы позволяет исследователям датировать её первой половиной – серединой XVIII в. Авторское GR и городское W (так клеймили свои изделия мастера серебряных дел Вроцлава, однако клеймо несколько отличается от вроцлавского, исследователи не исключают его принадлежность немецкому городу) клейма на ризе не расшифрованы. Фон оклада, орнаментированный волнообразным стеблем с крупными цветами, более поздний, чем центральная часть. Точную датировку имеют венцы и торцевая кайма по периметру. Авторское клеймо «АМ» (1896 г.) на короне упоминается в литературе как принадлежащее неизвестному киевскому мастеру. На торцах стоит городское клеймо «Архангел Михаил», авторское «ЭЛ» и пробирное «С.О/1896», указывающее на изготовление торцов и эмалевых наугольников (уцелел только один) в 1896 г. Пробирер «С.О/1896» значится как неизвестный киевский мастер, работавший в 1894–1897 гг. На обратной стороне накладки на рукаве Богоматери выгравировано: «Гравер Д. Лебедев 28.УИ.1903» – и процарапана надпись: «В Масjерской Ребенка С... чрез огонь 1903 года 15 июля... (неразборчиво)», говорящая о её изготовлении в 1903 г. в мастерской киевского ювелира Иосифа Рыбенко. Исследователи полагают, что там была сделана и звезда на плече Богоматери.