В первый период строительства церкви почти целиком был возведён восточный фасад, живописно оформленный декоративной кладкой. Оконные проёмы обрамлены дорожками из кирпичей, положенных под углом к поверхности стены. Подобное же украшение венчает трёхгранные апсиды и двойным рядом обрамляет арку центрального нефа. На каждой грани центральной апсиды расположено высокое двойное окно; боковые апсиды имеют по одному окну. В центре тимпана центрального нефа расположено двойное окно, по его сторонам в стену вставлены две плиты. На одной представлен рельеф с животным и растительным орнаментом (X–XI вв.), другая, современная храму, содержит мозаичный круг. На стенах над боковыми апсидами находятся две белые четырёхугольные плиты, на каждой также расположен мозаичный красный круг. Фрески, отличающиеся разнообразием технических и художественных приёмов, исследователи датируют последними десятилетиями ХIII и первой половиной ХIV в. (есть фрагменты росписей ХVII–ХIХ вв.). В конхе апсиды представлен образ Божьей Матери в полный рост с Младенцем (тип «Кириотисса, или Никопея»). Ниже расположены образы святителей. В алтаре начинается цикл основных евангельских событий (Благовещение, Рождество Христово, Бегство в Египет, Избиение младенцев, Сретение, Крещение, Преображение, Воскрешение Лазаря, Вход Господень в Иерусалим, Тайная вечеря, Целование Иуды), который занимал также северную и южную стены центрального нефа. Верхняя часть композиций утрачена в XV в., во время перестройки храма. Росписи диаконника посвящены святым Косме и Дамиану. В его конхе находятся образ Христа во Славе, изображения евангельских чудес, цикл которых продолжен в южном нефе. В жертвеннике северного нефа представлены сцены из Житий великомученика Димитрия Солунского и мученика Нестора. Рядом с ними несколько сцен из жизни Пресвятой Богородицы. На северной стене внизу расположены образы святых в рост и в медальонах. В нарфике находится изображение Страшного Суда. По художественному стилю исследователи делят фрески на две группы. Первая включает все композиции апсиды и свода вимы, фрески жертвенника, диаконника и боковых нефов, а вторая – часть фресок центрального нефа, южного нефа и фрески нарфика. В росписях первой группы на массивных архитектурных фонах представлены фигуры приземистые, плоскостные, с угловатыми движениями. Изображения отличаются общей тяжеловесностью. В композициях второй группы этот архаический стиль уступает место более изящному: правильные пропорции фигур, сложные пространство и движения, свобода изображения. В этих новшествах проявляются черты константинопольского стиля живописи первой половины XIV в. Монастырь Богородицы Вронтохион (см. ст. Вронтохион: храмы святых Феодоров, 1290–1296 гг., и Богородицы Одигитрии (Афендико), между 1310 и 1322 гг.).