Struktur dan penampilan gereja-gereja Bizantium berkembang secara signifikan selama seribu tahun sejarah kekaisaran itu. Gereja-gereja awal didasarkan erat pada pola yang diambil dari arsitektur sipil dan agama Romawi. Gereja-gereja yang dibangun selama tahun-tahun pertengahan Kekaisaran Bizantium cenderung mengikuti rencana arsitektur unik yang menampilkan kubah besar dan didekorasi dengan mewah. Gereja-gereja Bizantium yang didirikan selama tahun-tahun memudarnya kekaisaran seringkali didekorasi dengan kurang mewah, dan mulai menampilkan dinding ikon.
Gereja-gereja Bizantium pertama dibangun dengan model Romawi, karena Kekaisaran Bizantium adalah Kekaisaran Romawi Timur. Gereja-gereja ini biasanya menampilkan tata letak basilika. Jenis denah lantai ini menampilkan baris kolom kembar yang memisahkan sebagian lorong di sepanjang sisi struktur persegi panjang, dan juga berfungsi untuk menopang atap. Sebuah apse melengkung biasanya terletak di ujung basilika. Sayap kadang-kadang ditambahkan ke struktur ini, menciptakan bentuk salib, tetapi umumnya lebih pendek dari aula utama basilika.
Ketika budaya Kekaisaran Bizantium menjadi lebih sepenuhnya Yunani, gaya baru gereja Bizantium muncul. Hagia Sophia, mungkin bangunan Bizantium yang paling terkenal dari semuanya, menampilkan fitur utama dari gaya ini. Di gereja ini, ada kubah tengah, dan empat sayap dengan panjang yang sama menjulur dari kubah itu. Ini adalah penyimpangan substansial dari rencana basilika tradisional dan dimungkinkan oleh kemajuan arsitektur yang memungkinkan pembangunan kubah yang lebih besar.
Seni religius di gereja-gereja Bizantium biasanya menggunakan bahan yang kaya untuk menghiasi permukaan yang paling terlihat. Gereja-gereja di daerah-daerah kaya akan tertutup seluruhnya dalam mosaik, sebuah seni yang diunggulkan oleh Bizantium. Pecahan kaca dan daun emas digunakan bersama untuk menciptakan warna-warna cerah dan untuk meningkatkan dampak cahaya yang diizinkan masuk ke gereja-gereja Bizantium dengan konstruksi kubah yang ditingkatkan. Marmer dan bahan mahal lainnya digunakan untuk membuat gereja lebih indah, dan meskipun beberapa gereja menampilkan lukisan dinding agama, mosaik lebih disukai.
Karya seni di gereja-gereja Bizantium biasanya menggambarkan tokoh-tokoh agama bergaya. Sosok-sosok ini dimaksudkan untuk menyampaikan pesan simbolis dan spiritual, bukan untuk secara tepat menggambarkan bentuk manusia. Gereja-gereja awal, seperti San Vitale di Ravenna, terkadang menggambarkan sosok manusia yang dapat dikenali, tetapi ini menjadi jauh lebih jarang di tahun-tahun berikutnya. Penggambaran bentuk manusia, bahkan untuk alasan agama, kontroversial di gereja Bizantium, dan periode ikonoklasme dimulai pada 700-an, di mana banyak seni gereja dihancurkan. Gereja-gereja yang didirikan selama periode ini biasanya tidak dihias dengan gambar-gambar manusia, bahkan yang bergaya.
Pada tahun-tahun memudarnya Kekaisaran, ikon sekali lagi dipeluk. Gereja-gereja Bizantium yang dibangun pada abad-abad terakhir Kekaisaran Bizantium tidak hanya menampilkan gambar-gambar keagamaan di dindingnya tetapi juga menambahkan dinding ikon di bagian depan gereja. Tembok ini seluruhnya tertutup ikon Bizantium, dicat dengan gaya yang telah berkembang berabad-abad sebelumnya. Dekorasi gereja selama periode ini umumnya kurang mewah, karena kekayaan Kekaisaran memudar.