Церковь, построенная из сосновых бревен, является уникальным и одним из старейших сохранившихся примеров древнерусской деревянной архитектуры. Предполагается, что храм был возведен около 1552 года мастерами Карпом и Папилой. Изначально он, возможно, имел шатровую крышу, но в XVIII веке был изменен: добавлены венчающий восьмерик и пятиглавие, а основной восьмерик понижен. Некоторые эксперты считают, что изначальная композиция храма была такой, как сейчас. В начале XX века под церковь был подведен фундамент и сделан цоколь высотой около двух метров, вероятно, чтобы заменить сгнившие нижние венцы. Фасады обшили тесом, а кровлю покрыли железом. В 1944-1945 годах обрушились верхний ярус и потолок нижнего восьмерика. В 1960 году церковь перенесли из Галичского района, где она стояла в полутора километрах от села Холм.

Реставрация проводилась в 1960-1962 годах по проекту архитектора А.В. Ополовникова с участием архитектора И.Ш. Шевелева. Храм относится к редкому типу ярусных пятиглавых церквей с подклетом. Его вертикальная композиция включает два восьмерика: нижний, крупный, рубленный «в обло» на каменном цоколе, и верхний, приземистый, рубленный «в лапу», на котором расположены миниатюрная крещатая бочка и пять луковичных глав на тонких цилиндрических барабанах, обитых осиновым лемехом. С востока к храму примыкает пятигранная апсида, рубленная «в лапу», а с запада, небольшая квадратная трапезная, рубленная «в обло». Церковь окружает висячая галерея-гульбище на бревенчатых консолях. С запада находится крыльцо с длинной крытой лестницей, воссозданной при реставрации по аналогам. Композиция памятника отличается индивидуальными особенностями: диагональные грани нижнего восьмерика короче основных и не параллельны друг другу, апсида имеет неправильную форму, а углы галереи тупые. Однако визуально эти формы кажутся правильными. В нижнем восьмерике и апсиде есть косящатые окна, а над глухим парапетом галереи расположены арочные проемы. С гульбища в церковь ведут три щитовые двери. Внутри храм и трапезная не разделены бревенчатой стеной, образуя единое пространство, хотя их высоты контрастируют. Плоское перекрытие восьмерика выполнено в виде деревянного ступенчатого свода. Алтарь отделен тябловым четырехъярусным иконостасом с иконами XVII-XVIII веков, большинство из которых утрачены. Пол в церкви дощатый.