Η εκκλησία της ενορίας των Ψαριανών χτίστηκε στα 1828-29, σε σχήμα τρίκλιτης βασιλικής. Εξωτερικά είχε ανοιχτές τοξοστοιχίες, που σήμερα έχουν κλειστεί με σιδερένια υαλόφρακτα παράθυρα. Στη βόρεια και ανατολική πλευρά του περιβόλου έχουν χτιστεί κελιά. Εντοιχισμένη επιγραφή στη νότια πλευρά της εισόδου αναφέρει τις χρονολογίες οικοδόμησης (1829) και ανακαίνισης (1847-50) και τον ρόλο του Μητροπολίτη Χίου και έπειτα Κυκλάδων Δανιήλ.
Εντυπωσιακή είναι η κατασκευή της εκκλησίας. Οι εξωτερικοί τοίχοι είναι πέτρινοι, αλλά οι κίονες στο εσωτερικό βαμμένοι με τρόπο που απομιμείται το μάρμαρο, οι θόλοι και τα σταυροθόλια είναι από ξύλο. Ο ξύλινος σκελετός των θόλων, που φαίνεται από τον γυναικωνίτη, μοιάζει με αναποδογυρισμένο σκαρί πλοίου θα' λέγε κανείς ότι τον έφτιαξαν καραβομαραγκοί η καμπύλη πλευρά του προς το εσωτερικό της εκκλησίας διαμορφώνεται με μπαγδατί, ενώ όλος ο ναός καλύπτεται με ξύλινη στέγη. Το τέμπλο, έργο του Αντ. Νικ. Φραγκούλη, ανακαινίστηκε το 1867. Διασώθηκε στους βομβαρδισμούς του 1943 που χτύπησαν το ιερό. Η αποκατάσταση των ζημιών ολοκληρώθηκε το 1951 (σχετική επιγραφή στη βόρεια είσοδο).
Από τις εικόνες, το μεγαλύτερο ενδιαφέρον συγκεντρώνει η εικόνα της Κοίμησης της Θεοτόκου, έργο του Δομήνικου Θεοτοκόπουλου, ο οποίος και την υπογράφει. Την ανακάλυψε το 1983 ο αρχαιολόγος - βυζαντινολόγος Γιώργος Μαστορόπουλος. Είναι από τα πρώτα έργα του Ελ Γκρέκο, πριν ακόμη εγκατασταθεί στην Ευρώπη. Η εικόνα πρέπει να μεταφέρθηκε από Ψαριανούς εποίκους στη Σύρο, πράγμα που δικαιολογεί και την ονομασία της εκκλησίας.
Αρκετές εικόνες είναι αφιερωμένες από σωματεία και συντεχνίες, όπως η εικόνα των 40 μαρτύρων του Δ. Κωσταράκη, αφιερωμένη από τους αχθοφόρους του Ναυπηγείου το 1863 η εικόνα του Αγ. Αντωνίου, έργο του ιερέα Δ. Μιχάλοβιτς, από το σινάφι των μπουργουζήδων (τρυπανιστών), 1872. Οι παλαιότερες εικόνες είναι του Ευαγγελισμού (1826) και των δώδεκα Αποστόλων (1827), έργα Σμυρναίου ζωγράφου, καθώς και μια εικόνα της Πλατυτέρας σε λαμαρίνα, στην άκρη της ανατολικής στοάς (1827). Υπάρχουν ακόμη δύο εικόνες του Παν. Κυριόπουλου, που είχε σπουδάσει στη Ρωσία και Ιταλία, μια κεντημένη εικόνα της Κοίμησης του 1831, και στους τοίχους αγιογραφίες των ζωγράφων Δ.Χ. Λαμπρινού Αρμενόπουλου, Στ. και Επ. Δροσινοϋ, Φρ. Δεσίπρη κ.ά.
