Це один із великих хрещато-баневих храмів, побудованих у Херсонесі в 10-11 ст. У плані він являв собою грецький (рівнобічний) хрест, увінчаний гранованим куполом. У центральній апсиді, за вівтарем, було влаштовано синтрон – лави для священнослужителів розташовані амфітеатром у три ряди. Посередині синтрона стояло настоятельське крісло.
До західного фасаду храму було прибудовано криту галерею. У лівому, північному крилі будівлі розташовувався жертовник із купіллю, висіченою з великого кам’яного блоку. Передня стінка купелі збереглася до наших днів. Вона прикрашена рельєфним хрестом із двома кипарисами – символами вічного життя.
Назву «Храм із ковчегом» будівля одержала у зв’язку з тим, що в схованці під їі вівтарем археологи знайшл прикрашений карбуванням срібний «ковчег» – скриньку з мощами невідомого святого, котрий, імовірно, загинув у багатті. Ковчег прикрашено карбованими зображеннями в медальйонах: на одному боці – Христсс. Петро й Павло, на іншому – Богоматір і двоє архангелів: на торцях – юні святі Сергій і Вакх. На кришці скриньки- релікварію накреслено чотири хрести, крім того, на дні та кришці поставлено чотири клейма, характерні для епохи Юстиніана. Фахівці датують цю незвичайну знахідку серединою 6 ст.