Пропорции шатра подчёркивают гурт-вал, проложенный вдоль всех граней, а также ромбовидные ячейки сетки белокаменной алмазной огранки, как бы наброшенной на кирпичный шатёр, – приём, использованный в конце XV в. только при строительстве Грановитой палаты Московского Кремля итальянскими мастерами. Всё в архитектуре церкви Вознесения Господня в Коломенском подчинено идее вертикального устремления: контраст небольших размеров внутреннего пространства (8,5х8,5 м) в сравнении с высотой (41 м), обходные галереи с широко раскинувшимися лестницами, пропорции высокого крестчатого объёма, своеобразный «готически» трактованный ордер, раскрепованный на пилястрах и не переходящий на стену, высокие полукружия килевидных кокошников, образующих ступенчатый переход от крестчатой части к восьмиграннику, убегающие вверх ромбы на гранях шатра. Отличается своеобразием система вентиляции и освещения: два щелевидных окна в восточной и южной стенах подклета и другие отверстия в его стенах служили продухами; основной ярус (четыре окна) идёт по фасадам рукавов креста, под вимпергами, нижняя часть храма освещена проёмами, прорезанными в угловых выступах четверика. Окна в восьмерике размещены крестообразно, в противолежащих гранях на шатре – вразбивку, по два и по одному; на фасад и внутрь восьмерика выходят также маленькие щелевидные окна для освещения лестницы внутри стены, огибающей восьмерик с юго-запада. Окна имеют разные очертания: в основном объёме – прямоугольные, с перспективными наличниками и завершением в виде килевидных фронтонов, в восьмерике – арочные; на гранях без окон сделаны ниши. В восточную стену церкви снаружи врезан белокаменный трон, назначение которого исследователям точно не известно: большинство дореволюционных исследователей без достаточных оснований считали его царским местом либо символическим изображением Етимасии – горнего места Спасителя или Богородицы. Исследователи не исключают, что трон готовили как епископское седалище и изначально он не располагался на внешней галерее. Окружающий трон киворий XVII–XIX вв. установлен на четырёх столбиках с парапетом и бочкообразным завершением, выложен с использованием камней с растительной резьбой, по мнению исследователей, от утраченного первоначального декора церкви и завершений столбов галереи. Тимпан его полуциркульного завершения-раковины украшает растительная резьба (листья аканфа), мощные изогнутые ножки декорированы широкими листьями, высокая спинка украшена двойными каннелюрами. Иконостас изначально, как полагают исследователи, имел один ряд, в собрании музея-заповедника «Коломенское» сохранились царские врата (в середине XVIII в. изъяты, в XIX в. опубликованы по рисунку Фёдора Григорьевича Солнцева («Древности Государства Российского». М., 1849–1853 гг., выпуск 6). В 1680 г. мастера Иван Михеев «с товарищи», Егор Зиновьев и Иван Масеков реставрировали местный, деисусный, праздничный, пророческий и праотеческий чины. По документам XVIII в. (Российский государственный архив древних актов), размеры иконостаса составляли 8,53х14,93 м, в трёх ярусах было 55 икон. С 1745 г. иконы неоднократно передавали в ведомство Дворцовой канцелярии (по описи 1750 г., иконостас высотой около 9 м имел пять ярусов, не считая местного ряда – 73 иконы) и поновляли (особенно большие работы произвели в 1750–1780 гг.).