Aux XVIe-XVIIe siècles, sur le territoire du complexe architectural moderne, incluant les églises d'Ilia le Prophète et de Varlaam de Khoutynski, se trouvait un petit monastère, qui a été fermé en 1738. Jusqu'en 1780, à l'emplacement de l'église de Varlaam de Khoutynski se tenait une petite église en pierre, qui a été complètement démolie et reconstruite.

L'église moderne de Varlaam de Khoutynski montre l'influence du premier classicisme petersbourgeois, qui a commencé à se répandre à Vologda à la fin du XVIIIe siècle. On peut supposer qu'elle a été conçue ou construite par un maître talentueux de la capitale, comme en témoignent les détails décoratifs soigneusement travaillés et le élégant clocher. L'unicité de l'architecture de l'église parmi cinquante autres dans la ville, à l'exception de l'église de Nicolas le Miracleux sur la place Sennaya, confirme cette hypothèse. Cependant, la présence à Vologda de bâtiments dans un style similaire laisse penser que l'architecte pouvait également être local.

L'église de Varlaam de Khoutynski a deux étages et des dimensions modestes. La façade ouest avec l'entrée principale est ornée d'une demi-rotonde, soutenue par quatre colonnes ioniques. Au-dessus s'élève un haut carré de clocher avec des faces concaves et des angles décorés de colonnes corinthiennes et de pilastres, soutenant un léger frise. Le clocher est couronné d'un complexe dôme pyramidal avec une fine flèche. Le dôme au-dessus de la partie est du bâtiment est réalisé sous la forme d'une lanterne ovale avec une petite tête. Des vases décoratifs avec des guirlandes en stuc sur des socles, jouant le rôle de deux autres têtes, confèrent au temple un caractère laïque.

L'aspect général de l'église a été quelque peu altéré par un large contrefort ajouté au milieu du XIXe siècle sur le côté gauche de la rotonde. La partie gauche du temple s'est éloignée du clocher, qui est intégré dans le bâtiment, ce qui a provoqué une fissure et nécessité le renforcement du mur latéral. En dehors de cette annexe et d'autres petites modifications, l'extérieur du temple a été conservé dans l'état où il était en 1780, ce qui ne peut être dit de son intérieur. Une particularité du temple est le "lieu de confession" dans la partie sud de l'autel, ce qui n'est pas courant dans de nombreuses églises.