Strukturen och utseendet på bysantinska kyrkor utvecklades avsevärt under det imperiets tusenåriga historia. Tidiga kyrkor var nära baserade på mönster hämtade från romersk civil och religiös arkitektur. Kyrkor som byggdes under mellanåren av det bysantinska riket tenderade att följa en unik arkitektonisk plan med stora och rikt dekorerade kupoler. Bysantinska kyrkor som byggdes under imperiets avtagande år var ofta mindre rikt utsmyckade och började ha en vägg av ikoner.
De första bysantinska kyrkorna byggdes efter romersk modell, eftersom det bysantinska riket var det östra romerska riket. Dessa kyrkor har vanligtvis en basilikalayout. Denna typ av planlösning har dubbla rader av kolumner som delvis separerar gångarna längs sidan av en rektangulär struktur, och som också tjänar till att stödja taket. En krökt absid är vanligtvis placerad i slutet av basilikan. Vingar lades ibland till denna struktur, vilket skapade en korsform, men var i allmänhet kortare än basilikans stora sal.
När kulturen i det bysantinska riket blev mer grundligt grekisk, uppstod en ny stil av bysantinsk kyrka. Hagia Sofia, kanske den mest kända bysantinska byggnaden av alla, visar upp huvuddragen i denna stil. I denna kyrka finns en central kupol och fyra lika långa vingar leder ut från den kupolen. Detta är en betydande avvikelse från en traditionell basilikaplan och möjliggjordes av arkitektoniska framsteg som möjliggjorde byggandet av större kupoler.
Religiös konst i bysantinska kyrkor använde vanligtvis rika material för att dekorera de flesta synliga ytor. Kyrkor i rika regioner skulle täckas helt av mosaiker, en konst som bysantinerna utmärkte sig med. Glasskärvor och bladguld användes tillsammans för att skapa levande färger och för att förstärka effekten av ljuset som släpptes in i bysantinska kyrkor genom förbättrad kupolkonstruktion. Marmor och andra dyra material användes för att göra kyrkor vackrare, och även om vissa kyrkor hade religiösa fresker, föredrogs mosaik.
Konstverk i bysantinska kyrkor avbildade vanligtvis stiliserade religiösa figurer. Dessa figurer var menade att förmedla ett symboliskt och andligt budskap, snarare än att exakt avbilda den mänskliga formen. Tidiga kyrkor, som San Vitale i Ravenna, föreställde ibland igenkännbara mänskliga figurer, men detta blev mycket mindre vanligt under senare år. Skildringen av den mänskliga formen, även av religiösa skäl, var kontroversiell i den bysantinska kyrkan, och en period av ikonoklasm började på 700-talet, under vilken mycket kyrklig konst förstördes. Kyrkor som byggdes under denna period var vanligtvis inte prydda med bilder av människor, inte ens stiliserade.
Under imperiets avtagande år omfamnades ikoner återigen. Bysantinska kyrkor byggda under de senaste århundradena av det bysantinska riket hade inte bara religiösa bilder på sina väggar utan lade till en vägg av ikoner på framsidan av kyrkan. Denna vägg kom att vara helt täckt av bysantinska ikoner, målade på det stiliserade sätt som hade utvecklats århundraden tidigare. Kyrkans utsmyckning under denna period var i allmänhet mindre påkostad, eftersom imperiets förmögenheter bleknade.