Основными элементами композиции фасадов церкви являются мотивы, типичные для русского зодчества XVI в., однако они отличаются, по мнению исследователей, упрощённостью деталей: копьеобразных наличников окон, порталов из двух пилястр, поддерживающих карниз с треугольными фронтонами. Порталы центрального столпа более сложные и лучше проработаны. Западный фасад, на который выходят три портала (уникальный, по мнению исследователей, для древнерусской храмов случай) с ломаными линиями вимпергов над ними, отдалённо напоминает главные фасады европейских соборов. Хотя использованные в архитектуре церкви элементы по отдельности распространены, художественный образ храма в целом не имеет прямых аналогов и отличается крайним геометризмом, доходящей до вычурности усложнённостью композиции и обилием архитектурных деталей, не оставляющих места для плоскости стены и напоминающих в этом отношении позднеготические здания. Храм имеет сложный состав престолов. Ранние упоминания о шести престолах и посвящении главного из них «Усекновению Чесныя Главы Ивана Предотечи» содержатся в Ладанных книгах 7093 (1585) г. Посвящения придельных престолов известны исследователям по упоминаниям в Ладанных книгах первой трети XVII в., фиксирующих выдачу ладана на их освящение, видимо, после большого обновления всех приделов при Михаиле Фёдоровиче и в начале царствования Алексея Михайловича. Кроме основного, центрального объёма храм имел изначально два придельных восточных (Зачатия св. Иоанна Предтечи – южный; Зачатия праведной Анной Пресвятой Богородицы – северный), два придельных западных (апостола Фомы – южный; святителя Петра – северный); один придел – на втором ярусе западной галереи – равноапостольных Константина и Елены. К 1722 г. престолы некоторых приделов были переосвящены: вместо придела апостола Фомы появился придел 12 апостолов, вместо придела святителя Петра – престол трёх святителей Московских (вероятной датой переосвящения исследователи считают 23 марта 1695 г., когда по указу патриарха в церковь было дано два антиминса). Храм подвергся значительным переделкам в XIX в. В 1820 г. в северо-восточном приделе и северной галерее был устроен тёплый храм, галерея расширена в северном направлении; по мнению исследователей, были растёсаны окна, и обрублена большая часть наличников, устроен деревянный оштукатуренный потолок. Эти работы привели к тому, что древний цоколь по всей восточной части был заменён кирпичной кладкой, значительная часть древнего фасада оказалась закрытой; уничтожены закомары, соответствовавшие сводам палаток на хорах (в одной из них находился придел равноапостольных Константина и Елены), переделаны окна в столпах. Научная реставрация храма началась в 1920 гг. и продолжалась до 1964 г. В архитектурный ансамбль Коломенское также входят: Водовзводная башня второй половины XVII в., кирпичное двухъярусное сооружение на южной границе дворцовой усадьбы; Передние ворота (1672–1673 гг.), трёхъярусное сооружение с арочным проездом, галереями-гульбищами и шатром, перед ними были поставлены фигуры «рыкающих» львов, судя по сведениям о ремонтах внутреннего механизма, он был изготовлен иноземцем часовых дел мастером Оружейной палаты П. Высоцким (работал до 1761 г.); Приказные палаты, одноэтажное сооружение на одной линии с Передними воротами, расширенное в первой половине XVIII в. пристройкой со стороны Москвы-реки и отреставрированное после 1925–1930 гг.; Сытный дворец и Полковничьи палаты – с юго-востока, некогда на углу Государева двора; Задние (Спасские) ворота 1670 гг.; Дворцовый павильон от деревянного на каменном основании дворца императора Александра I (1825 г., архитектор Е.Д. Тюрин, снесён в 1873 г., отреставрирован в 1970–1971 гг.).