Im 11. Jahrhundert befand sich im nördlichen Teil der Festung der Stadt die fünfschiffige Michaeliskathedrale, die häufig in den Chroniken erwähnt wurde und 1239 während des Überfalls des Khan Batu zerstört wurde. An ihrer Stelle wurde die Michaeliskirche erbaut. Die Fundamente der alten Kathedrale mit Resten der Wände wurden 1949 und 1953 von M. K. Karger sowie 1967 von M. I. Sikorsky und W. A. Charklamow ausgegraben. Im Jahr 1734 wurde die Kirche durch ein Feuer beschädigt, aber die Schäden waren gering, und bald wurde sie wiederhergestellt. 1823 wurde die ursprüngliche steinerne Kuppel durch eine hölzerne ersetzt, die auf einer Zeichnung von T. G. Schewtschenko aus dem Jahr 1845 zu sehen ist.

Die Kirche ist aus Stein, verputzt und hat einen Grundriss, der dem dreischiffigen Typ nahekommt. Der Hauptraum ist langgestreckt, rechteckig und mit einem halbzylindrischen Gewölbe mit Ausklinkungen überdeckt, an den sich die polygonale Apsis und die Vorhalle anschließen, die mit geschlossenen Gewölben überdeckt sind. Das gesamte Gebäude ist mit einem Satteldach bedeckt. Die Wände sind durch Pilaster gegliedert und mit Fenstern versehen, die mit Giebelchen mit ornamentaler und figürlicher Stuckverzierung gekrönt sind. Rund um die Kirche verläuft ein Fries mit glasierten keramischen Rosetten. Im Inneren sind Malereien aus dem 18. und 19. Jahrhundert erhalten, die von Künstlern der Kiewer Malerschule geschaffen wurden. Östlich der Kirche befinden sich der Glockenturm und die Zellen mit dem Speisesaal, die zu einem Gebäude vereint sind.

Das Gebäude ist aus Ziegeln, verputzt, langgestreckt und hat einen rechteckigen Grundriss, mit einem halbrunden Durchgangsbogen und einem quadratischen Glockenturm darüber, der mit einer Zeltkuppel mit einer Laterne abgeschlossen ist. Es ist mit einem Satteldach bedeckt, die Räume sind mit einem zylindrischen Gewölbe mit Ausklinkungen über den Fenstern überdeckt. Die Wände sind durch Pilaster gegliedert und mit einem stuckverzierten ornamentalen Fries geschmückt. Das Gebäude wurde während des Zweiten Weltkriegs stark beschädigt und wurde 1951 und 1953 restauriert, wobei die Zeichnung von T. G. Schewtschenko verwendet wurde.

In der Kirche und im Glockenturm befindet sich eine Ausstellung der Abteilung für Ethnographie des Staatlichen Historischen Museums von Perejaslaw-Chmelnyzkyj. Das Gebäude ist ein seltenes Beispiel für die ukrainische Architektur der ersten Hälfte des 18. Jahrhunderts.

Im Jahr 2007 wurde eine Kirchengemeinde gegründet, die Gottesdienste in einem Zelt neben der Heilig-Michael-Kirche abhielt. Im Jahr 2010 wurde durch einen Erlass des Präsidenten der Ukraine der Gebäudekomplex an die Orthodoxe Kirche übergeben. In dieser Zeit wurden Renovierungs- und Restaurierungsarbeiten im Inneren des Tempels durchgeführt. Derzeit wird die zentrale Kuppel installiert und das angrenzende Gebiet gestaltet. Die Heilig-Michael-Kirche ist die einzige in Perejaslaw-Chmelnyzkyj, in der täglich die Göttliche Liturgie gefeiert wird.

Am 20. Januar 2011 weihte der Erzbischof von Perejaslaw-Chmelnyzkyj, Alexander, die Kirche.