Din ansamblul constructiilor, biserica centrala prezinta un interes deosebit, datorita faptului ca mesterul a reluat stilul clasic al bisericilor moldovenesti. Echilibrul proportiilor, zveltetea turlei, efectul liniilor, sobrietatea interiorului si simplitatea decoratiei exterioare sunt cateva din caracteristicile ei.
Biserica este construita in plan triconc, de dimensiuni reduse, cu o singura turla asezata pe naos. Este impartita in pridvor, pronaos, naos si altar, avand lungimea in exterior de 21,50 m, latimea la abside de 11 m si inaltimea pe axul turlei de 20 m. Peretii grosi de peste 1,25 m sunt lucrati din piatra de rau, cu putina caramida in partea superioara si var hidraulic.
Intrarea se face prin partea de vest. Initial biserica n-a avut pridvor, cel actual fiind adaugat probabil in 1837, cand s-au efectuat si alte constructii la Sihastria. Mesterul, dorind sa realizeze un pridvor deschis, inspirat poate dupa cel de la Galata sau chiar Moldovita, l-a prevazut cu sase deschideri largi in ziduri, pentru a avea cat mai multa lumina. In anul 1988, cele doua deschideri din partea de apus ale pridvorului s-au acoperit, pictandu-se doua icoane mari in fresca: Acoperamantul Maicii Domnului si Nasterea Maicii Domnului, hramul manastirii. Din pridvor, o usa masiva de stejar, ferecata in fier forjat, duce in pronaos.
Pronaosul este sectionat de un arc transversal suspendat, care ar vrea sa aminteasca vechea incapere destinata mormintelor. In prima parte, bolta este impartita de un arc longitudinal in doua calote sferice paralele, ceea ce constituie un detaliu rar in Moldova, in ceea ce priveste pronaosul. Ambele calote sunt sustinute de cate patru arcuri obisnuite.
Naosul este separat de pronaos doar printr-un arc proeminent. Constructorul renunta intentionat la obisnuitul perete despartitor pentru a nu micsora spatiul, si asa destul de restrans al interiorului; poate a avut in vedere si faptul ca era o biserica a unui schit cu totul izolat, destinata doar sihastrilor iubitori de liniste.
Turla, in forma cilindrica, strapunsa de patru ferestre inguste, este sustinuta de acelasi sistem de arcuri moldovenesti, suprapuse piezis, care preiau descarcarile tamburului si se sprijina pe cei patru pandantivi. Ajuns in forma desavarsita la bisericile Sfantului Stefan cel Mare, acest sistem clasic de boltire este reluat intocmai si la Sihastria, pentru ca putin mai tarziu sa fie parasit pentru totodeauna.
Absida altarului este prevazuta cu doua nise laterale, adanc sapate in grosimea zidului, care tin loc de proscomidiar si diaconicon.
Atat interiorul, cat si exteriorul bisericii sunt lipsite de bogata ornamentatie intalnita la marile ctitorii voievodale. Singurele ornamente interioare, cu semnificatie liturgica, sunt strugurii executati din ipsos, fixati la fiecare unghi si varf de arc.
Turla, de forma cilindrica in exterior, ca si in interior, se sprijina pe o baza octogonala, renuntandu-se la baza stelata mai greu de executat. Ca ornamentatie, turla prezinta in partea inferioara un brau de ocnite adanci, dispuse oblic, iar pe verticala douasprezece coloane cu capiteluri si cornisa, care dau armonie si invioreaza albul zidului. Coloanele simbolizeaza pe cei doisprezece apostoli.
In ce priveste pardoseala bisericii, este probabil ca initial sa fi fost lespezi de gresie. Cele cateva morminte de sub pardoseala sunt inca neidentificate.
Pictura tamplei, de o varsta cu sculptura, este executata in ulei cu deosebit gust artistic, „cu cheltuiala sfintiilor sale ieromonahul Calinic si a schimonahilor Fevronia si Elisabeta Cuza, la anul 1827, luna iunie 15”. Pe langa icoanele imparatesti ale lui Iisus Hristos si Maicii Domnului cu Pruncul la piept, se remarca „Cina cea de taina”, unde apostolii sunt asezati la o obisnuita masa rotunda, asemanatoare cu cele din casele taranesti.
Vechea pictura in tempera degradandu-se in urma incendiului din 1941, biserica a fost pictata integral in interior in fresca, intre anii 1986-1988, de pictorul bisericesc Protosinghelul Vartolomeu Florea din obstea acestei manastiri. In cea mai mare parte erminia veche a fost respectata, realizandu-se in decurs de peste doi ani o pictura armonioasa.
Se cuvine amintita aici si icoana facatoare de minuni a Maicii Domnului, adusa la Manastirea Sihastria la inceputul sec. al XX-lea.
