L'église de Mitrophane de Voronej est construite en briques, recouverte d'un enduit et blanchie. À la fin du XIXe et au début du XXe siècle, un porche occidental y a été ajouté. C'est un modeste monument du tardif classicisme, caractéristique des petites églises chaudes du XIXe siècle. Le bâtiment bas avec un toit en dôme octogonal a des faces diagonales, plus étroites que les autres, et est surmonté d'une coupole avec une base en forme de coupe sur un tambour aveugle. La salle de repas et l'autel ont presque la même largeur que le volume principal, avec à l'ouest un porche plus étroit et plus bas. Les tirants horizontaux de l'entablement passent de l'autel et de la salle de repas au bâtiment principal, séparant son tiers supérieur, qui est perçu comme un étage d'attique. Sur le mur aveugle de cet étage, sur les façades latérales, se trouvent les frontons de portiques à quatre colonnes de la partie inférieure du bâtiment. Les murs latéraux de l'autel et de la salle de repas ont une fenêtre chacun dans des niches en arc, et dans l'autel, la décoration est complétée par des rustiques en bande horizontale en bas du mur. La façade orientale de l'autel rectangulaire avec trois axes de fenêtres est décorée de manière similaire aux murs latéraux du volume principal. Le bâtiment principal est couvert d'une voûte en arc de cercle douce, tandis que la salle de repas et l'autel ont des voûtes en berceau avec des arcs au-dessus des fenêtres. L'intérieur a été rénové à plusieurs reprises. La peinture à l'huile de la salle de repas a été réalisée au XXe siècle, et l'iconostase a également été assemblée au XXe siècle. Ses colonnes sculptées du XIXe siècle sont réalisées dans des formes de style russe, et les icônes datent des XIXe-XXe siècles.