A estrutura e a aparência das igrejas bizantinas evoluíram significativamente durante os mil anos de história desse império. As igrejas primitivas baseavam-se intimamente em padrões retirados da arquitetura cívica e religiosa romana. As igrejas construídas durante os anos intermediários do Império Bizantino tendiam a seguir um plano arquitetônico único, apresentando cúpulas grandes e ricamente decoradas. As igrejas bizantinas erigidas durante os últimos anos do império eram frequentemente menos ricamente decoradas e começaram a exibir uma parede de ícones.
As primeiras igrejas bizantinas foram construídas em um modelo romano, como o Império Bizantino era o Império Romano do Leste. Essas igrejas geralmente apresentavam um layout de basílica. Esse tipo de planta apresenta linhas duplas de colunas que separam parcialmente os corredores ao lado de uma estrutura retangular e também servem para apoiar o teto. Uma abside curva geralmente está localizada no final da basílica. Asas foram adicionadas às vezes a essa estrutura, criando uma forma cruciforme, mas geralmente eram mais curtas que o salão principal da basílica.
À medida que a cultura do Império Bizantino se tornava mais grega, um novo estilo de igreja bizantina surgiu. A Hagia Sophia, talvez o edifício bizantino mais famoso de todos, apresenta as principais características desse estilo. Nesta igreja, há uma cúpula central e quatro asas de igual comprimento saem dessa cúpula. Este é um afastamento substancial de um plano tradicional da basílica e foi possível graças aos avanços arquitetônicos que possibilitaram a construção de cúpulas maiores.
A arte religiosa nas igrejas bizantinas normalmente empregava materiais ricos para decorar as superfícies mais visíveis. Igrejas em regiões ricas seriam cobertas inteiramente por mosaicos, uma arte na qual os bizantinos se destacavam. Fragmentos de vidro e folhas de ouro foram usados juntos para criar cores vivas e aumentar o impacto da luz que era permitida nas igrejas bizantinas pela melhoria da construção de cúpulas. Mármore e outros materiais caros foram usados para tornar as igrejas mais bonitas e, embora algumas igrejas apresentassem afrescos religiosos, os mosaicos eram os preferidos.
Obras de arte nas igrejas bizantinas geralmente retratavam figuras religiosas estilizadas. Essas figuras foram feitas para transmitir uma mensagem simbólica e espiritual, em vez de retratar com precisão a forma humana. As igrejas primitivas, como San Vitale, em Ravena, às vezes retratavam figuras humanas reconhecíveis, mas isso se tornou muito menos comum nos anos posteriores. A representação da forma humana, mesmo por razões religiosas, era controversa na igreja bizantina, e um período de iconoclastia começou nos anos 700, durante o qual muita arte da igreja foi destruída. As igrejas erigidas durante esse período normalmente não eram ornamentadas com imagens de seres humanos, mesmo estilizados.
Nos últimos anos do Império, os ícones foram novamente adotados. As igrejas bizantinas construídas nos últimos séculos do Império Bizantino não apenas exibiam imagens religiosas em suas paredes, mas adicionavam uma parede de ícones na frente da igreja. Essa parede ficou totalmente coberta de ícones bizantinos, pintados da maneira estilizada que se desenvolvera séculos antes. A decoração da igreja durante esse período era geralmente menos luxuosa, pois as fortunas do Império estavam desaparecendo.