Базилика имеет деревянную кровлю с тремя скатами. Центральный скат, длиной около 37 метров и шириной 15 метров с восточной стороны заканчивается аркой в форме полушария, которая и образует алтарную часть храма. Первоначально церковь была окружена двором с колоннадой, примыкавшим с запада к наружному нефу (сохранились только следы наружного нефа на западной стене).
К центру южной стены был пристроен придел. Аналогично ему был построен придел в восточном окончании северного ската базилики (отреставрирован в XX веке).
Базилика Архиропиитос — одна из самых древнейших сохранившихся до нашего времени раннехристианских базилик. Построена она на месте развалин римского строения, мраморные полы которого были обнаружены под восточным скатом базилики. Вероятно, это был комплекс общественных бань, часть которого заняла церковь (восточная и северная части бань продолжали использоваться по назначению после основания храма).
Согласно надписям, сделанным на кирпичах, использованных при строительстве базилики, её постройка датируется 447-448 годами. Эту датировку также подтверждает мозаичная надпись, обнаруженная у южного свода — в ней упоминается Андреас, сделавший значительные пожертвования для храма. Этот Андреас отождествляется со священником, который представлял архиепископа Салоник на Халкидонском соборе и от имени которого 13 октября 451 года поставил свою подпись на актах Собора.
Средняя часть базилики огорожена монолитными колоннами, не имеющими вертикальных желобков. Капители колонн относятся к коринфскому ордеру и имеют два ряда листьев, похожих на кружева. Их создание относят к периоду правления императора Феодосия (вероятно они были взяты из более древней постройки).
