Первоначальная живопись (XIV в.? XV в.?) находится под записями XVII–XIX вв. По иконографии изображение относится к типу «Одигитрия», где Богородица держит Младенца Христа на левой руке; извод в его дошедшем до настоящего времени виде напоминает Цесарскую икону Божьей Матери. Мафорий Богородицы пурпурный, платье тёмно-зелёное. Младенец Христос правой рукой благословляет, левой поддерживает лежащую на коленях сферу. В правой руке Богородицы скипетр. Знаки царской власти – скипетр у Богородицы и держава у Младенца Христа дописаны, как полагают исследователи, в первой половине XVII в., после перенесения Минской иконы Божьей Матери из замковой церкви в Свято-Духов храм. Тогда же фон иконы был украшен резным по левкасу орнаментом коврового рисунка с цветочными бутонами. Эти изменения лежат в русле белорусской школы иконописи, испытавшей влияние Ренессанса. Надпись на обороте иконы сообщает только об одном её «поновлении» – в 1852 г. В 1960 гг. была предпринята попытка научной реставрации иконы, в 1968 г. икона была укреплена. В 1991–1992 гг. по благословению митрополита Филарета (Вахромеева) реставратором Петром Григорьевичем Журбеем была выполнена консервация образа с расчисткой поздних неумелых поновлений и с воссозданием утрат слоёв XVII–XIX вв. Произведённое в ходе работы рентгенологическое исследование иконы показало наличие древней живописи. «На снимках выявлены два ранее написанных лика Божией Матери. Расположение и очертание глаз не совпадают; не совпадают также расположение и очертание носа, губ, подбородка… Лик сдвинут левее, что придает правильность и округлость форме древней прориси»; «…рентген… выявил значительную сохранность первого слоя… не тронуты Лики Божией Матери и Младенца Христа, а также Их руки. Древняя живопись находится под темной олифой, благодаря чему сохранилась… ». По итогам исследования иконы были сделаны две реконструкции её первоначального облика (авторы П.Г. Журбей и П.А. Жаров), которые послужили основой для создания «списков» Минской иконы Божьей Матери, например, иконы для храма-часовни в честь Минской иконы Божией Матери в Минске. Несмотря на то что изображение Минской иконы Божьей Матери не представлено в лицевых Сводах икон Божьей Матери XVIII–XIX вв., даже в широких по составу икон вариантах (например, на гравюре Егора Никитича Долгова со 160 образами Пресвятой Богородицы), исследователи говорят о локальном распространении списков чудотворного образа в конце XVII – XVIII вв. Такие черты иконографии, как наличие державы в левой руке Богомладенца, а также Его облачение в виде светлого перетянутого в поясе хитона и тёмного гиматия, позволяют исследователям относить к вариантам Минской иконы Божьей Матери иконы Божьей Матери «Одигитрия Минская» из села Вербовичи Наровлянского района Гомельской области (резная; конец XVII в., хранилась в Белорусском Государственном музее, утрачена в начале 1940 гг.); из церкви Рождества Пресвятой Богородицы села Холхлова Молодечненского района Минской области (вторая половина XVIII в., Национальный художественный музей); из Всехсвятской церкви города Турова Житковичского района Гомельской области (1760 г., Национальный художественный музей); из села Черняны Малоритского района Брестской области и села Гольшаны Ошмянского района Гродненской области (обе – XVIII в., Национальный художественный музей), и др. На упомянутых и на большинстве других икон благословляющая ручка Богомладенца отведена в сторону, что не совпадает с изводом чудотворной иконы, где десница Иисуса Христа расположена перед грудью; исключение представляет собой образ из иконостаса Георгиевской церкви в городе Коссово Ивацевичского района Брестской области (1729 г., Национальный художественный музей).