Монументальность внешнего облика храма подчёркнута контрастом гладких поверхностей стен и отдельных зон графичного декора. По сравнению с церквами XII–XIII вв. в кафоликоне окон немного: по одному в алтаре и рукавах, шесть вместо 12 в куполе. На восточном фасаде исчезли традиционные треугольные ниши; основной акцент сделан на сухом по прорисовке кресте большого размера, занимающем всё поле фасада над алтарным окном. По сравнению с ранними памятниками при разработке орнаментных украшений «ощущаются линейка и циркуль вместо живой руки мастера». С южной стороны по всей длине к храму примыкает перекрытая цилиндрическим сводом галерея-притвор, открывающаяся наружу двойной аркой. Здесь находится один из двух входов в храм, другой устроен в западной стене с небольшим смещением к югу (как и в храме монастыря Сапара). Роспись кафоликона в значительной степени скрытая слоем позднейших записей, хорошо сохранилась. Краткие сведения о ней общего характера появляются в литературе во второй половине XIX в. Реставрационные работы начала XX в. привлекли к древним росписям Зарзмы внимание учёных: были попытки дать характеристику их художественного стиля, составить опись сцен с указанием сопровождающих надписей. Живопись палеологовского стиля была датирована XIV в. Более поздние исследователи расходятся в датировке основного слоя, предполагая различные даты: не позднее 1308 г., 1306–1345 гг., около 1340 – 1350 гг., середина XIV в., третья четверть XIV в. Реставрация 1903–1905 гг. была произведена по инициативе уже почившего к тому времени великого князя Георгия Александровича. Архитектурная часть работы была сделана в соответствии с историческим обликом здания (например, во время покрытия храма использованы схожие с первоначальным покрытием каменные плиты), роспись храма пострадала от грубого вмешательства реставраторов. Местами повреждённые фрески были сняты, на их месте по свежей штукатурке созданы новые, некорректно воспроизводящие оригинал. Программа ранней росписи Зарзмы включала циклы земной жизни Христа и Богородицы и была насыщена сложными богословскими образами, редкими иконографическими сценами. Узкие купол и барабан храма целиком были заняты композицией «Вознесение Господне», в парусах расположены медальоны с фигурами евангелистов (как и в Сапаре, около 1330 – 1350 гг.). В алтарной апсиде приведена цитата из Псалтири (98:1–8). В конхе помещён образ Пресвятой Богородицы с Младенцем на троне с двумя припадающими ангелами, ниже – «Причащение апостолов», фланкируемое по сторонам парами пророков, что нередко изображается в алтарях грузинских церквей (например, в Атени Сиони, 1060–1068 или 1090 гг.). Ниже находятся ниши, где помещены фигуры святителей из «Службы св. отцов», за ними – св. диаконы Стефан и Роман (последний особо почитается в Грузии). Над горним местом, заменяя изображение Жертвы, помещён образ Христа «Спас Недрёманное Око», встречающийся в таком контексте только в Грузии (ср. в Кинцвиси, рубеж XII и XIII вв., Мартвили и Цаленджихе, вторая половина XIV в., Набахтеви, начало XV в.).