La iglesia de Mitrofán de Vorónezh está construida de ladrillo, cubierta de yeso y pintada de blanco. A finales del siglo XIX y principios del XX se le añadió un pórtico occidental. Es un modesto monumento del clasicismo tardío, característico de las pequeñas iglesias cálidas del siglo XIX. El edificio bajo con techo de cúpula octogonal tiene aristas diagonales, que son más delgadas que las demás, y está coronado por una cúpula con base en forma de taza sobre un tambor ciego. La sala de la cena y el altar son casi iguales en ancho al volumen principal, con un pórtico más estrecho y bajo que se adosa por el oeste. Las vigas horizontales del entablamento pasan del altar y la sala de la cena al edificio principal, separando su tercio superior, que se percibe como un nivel ático. En la pared ciega de este nivel, en las fachadas laterales, se encuentran los frontones de los pórticos de cuatro columnas de la parte inferior del edificio. Las paredes laterales del altar y la sala de la cena tienen una ventana en nichos arqueados, y en el altar la decoración se complementa con rústicos de cinta horizontales en la parte inferior de la pared. La fachada oriental del altar rectangular con tres ejes de ventanas está decorada de manera similar a las paredes laterales del volumen principal. El edificio principal está cubierto con una bóveda de vela suave, mientras que en la sala de la cena y el altar hay bóvedas de caja con arcos sobre las ventanas. La decoración interior ha sido renovada en varias ocasiones. La pintura al óleo de la sala de la cena fue realizada en el siglo XX, y el iconostasio también fue ensamblado en el siglo XX. Sus columnas talladas del siglo XIX están hechas en formas del estilo ruso, y los íconos pertenecen a los siglos XIX y XX.