Андріївська церква побудована в стилі бароко, який виник в середині XVI століття в Італії і протягом двох сто­літь був популярним у багатьох європейських країнах. В Росії та Україні цей стиль панував в архітектурі, живописі, літературі, музиці з кінця XVII до середини XVIII століття. Стиль бароко найвиразніше проявився в архітектурі, якій підпорядковувалися прикладне мистецтво, скульптура, живопис. Архітектура бароко характеризується надзви­чайно динамічною побудовою композиції, контрастністю форм, примхливістю силуетів, багатством зовнішнього і внутрішнього оздоблення, широким використанням світлотіньової гри, органічним поєднанням з навколишньою природою. Інтер’єри прикрашаються різнобарвними розписами, скульптурними композиціями.

Майже всі риси стилю бароко знайшли відображення в архітектурі й декорі Андріївської церкви. Складний рельєф, джерельні та ґрунтові води пагорба зумовили поставити Андріївську церкву на масивному стилобаті,що має вигляд двоповерхової споруди. Храм збудовано посередині п’ятикутної тераси, до неї ведуть чавунні :ходи з трьома майданчиками.

В плані церква має форму хреста, північна й південна гілки якого значно коротші західної та напів­круглої східної: довжина споруди — 31.7 м, ширина — 20.4 м, висота від тераси до верху хреста — 50 м. Церква п’ятиверхої композиції складається з центральної бані та чотирьох декоративних веж, якими увінчано опорні пілони — контрфорси, розміщені на діагональних осях будови. Пілони прорізають масив стилобату по вертикалі і спираються на кам’яні підмурки. Зовні їх прикрашено колонами коринфського ордера, поставле­ними на високі п’єдестали — по дві з трьох боків кожного пілона. Кожна пара колон вивершується антаблемен­том і напівкруглим фронтоном. Складається враження, що пілони служать лише постаментами для кутових веж, годі як насправді вони відіграють велику конструктивну роль — роль контрфорсів. Увінчуються пілони струн­кими вежами, колонами з капітелями іонічного ордера, декоративними нішами, маківками з мереживними хрестами, що дає можливість протиставити архітектурні об’єми та візуально підкреслити вертикалі споруди.

Посередині будівлі здіймається барабан висотою 10 м й діаметром 14 м, у якому прорізано 8 напівкруглих вгорі вікон. Над барабаном височіє сфероподібна баня, що займає домінуюче місце в силуеті церкви. Баню поділено позолоченим орнаментом на вісім секторів, у кожному з яких люкарна. Увінчують баню маківка, куля і хрест. Цим підкреслюється центричність п’ятибанної композиції зовнішнього об’єму споруди Стіни церкви діляться по горизонталі архітектурними профілями на три нерівні частини: цоколь, стіну і антаблемент з фронтонами.

Посередині західного фасаду — єдиний вхід з металевими дверима, оздобленими орнаментами і хрес­тами. У декоруванні фасадів застосовано ритми одиничних і подвійних пілястр з коринфськими капітелями, карнизи складного профілю, багаті рельєфні барокові орнаменти. На тимпанах фронтонів розміщені чавунні картуші з монограмою імпе­ратриці Єлизавети. Великі й малі вікна основного об’єму оздоблені ліпними наличниками, а капітелі колон і пілястр — вилито з чавуну й позолочено. Барабан бані декоро­ваний пілястрами з іонічними капі­телями, антаблементом, картушами. Відповідно до творчої манери автора пишність декору наростає знизу вгору, і бані та маківки сяють багатством рельєфних деталей. Завдяки такій архітектурній компо­зиції споруда церкви сприймається стрункою й легкою. Художньо розт­ашовані колони й пілястри, картуші, ліпнина, асиметричні лінії профілей на тлі загальної симетрії основних частин надають динамічності об’ємам будівлі, рух яких спрямований до центру і вгору. Враження виняткової гармонії та мальовничості створю­ється завдяки використанню улюблених кольорів Растреллі — білого, бірюзового, позолоти. Стрункі білі колони, пілястри, карнизи виділяються на площині бірюзової стіни, руйнують її одноманітність, а зелень бань у поєднанні з позолотою декоративних деталей додає будівлі дивовижної вишуканості.

Споруда Андріївської церкви надзвичайно гармонійно вписалася у навколишній ландшафт і є важливою домінантою у забудові міста. Побудована на високій дніпровій кручі, так званій «Старокиївській горі» (87.3 м над рівнем Дніпра), вона височіє над Подолом, вдало поєднуючи нижню й верхню частини міста. Церква служить своєрідним орієнти­ром на під’їзді до Києва з північно-східного боку, вказуючи на місце, яке за літописним переказом, було освячено апостолом Андрієм, і з якого бере свій початок древній Київ.

З паперті Андріївської церкви відкривається дивовижний краєвид на нижню частину міста — Поділ з його архітектурними пам’ятками XVII — XX століть, на водну магістраль — ріку Дніпро та задніпровські далі, на нові житлові масиви. Споруда церкви поєднує три вулиці — Десятинну, Володимирську й Андріївський узвіз, які сходяться на май­дані перед церквою та складають єдиний просторово-архітектурний ансамбль, домінантою якого є Андріївська церква. Майдан обмежено спорудами пізнішої забудови, що своєю недуже виразною архітектурою ще більше підкреслюють величність Андріївської церкви.

Головний ефект цієї споруди — гармонійне поєднання всіх її частин в єдиному пориві вгору. Незалежно від пори року й погоди, коли, затамувавши подих, дивишся на Андріївську церкву, здається, що споруда ледве тор­кається землі, піднімаючись до неба у плавному леті. Силует Андріївської церкви, що неочікувано виринає з панорами міста, щоразу сприймається по-новому, викли­каючи неповторні емоційно-естетичні відчуття. Недаремно вона давно вже стала візитною карткою міста.

Досконалість конструктивної та художньої думки знайшла своє віддзеркалення і в інтер’єрі споруди. Інтер’єр Андріївської церкви — центрально-баневий, безстовпний простір, в якому виразно читаються хрестоподібний план споруди, архітектурне членування стін пілястрами, карнизами та віконними прорізами. Гілки хреста пере­крито склепіннями, а підпружні арки й паруси центральної частини підтримують барабан, який вивершується банею.

Характерною особливістю творчості Растреллі є пластичне, скульптурне трактування архітектурних форм. Велика роль відводиться архітектурному ордеру, який у архітектора є не тільки засобом членування стіни, але і носієм рельєфу та світлотіні. За характером оздоблення храм всередині можна розділити на дві частини — стіни та баню. По периметру приміщення проходить карниз складного профілю, а вертикалі підкреслено піля­страми іонічного ордера з квітковими гірляндами. Склепіння профільовано розпалубками люкарн й фільончас­тими тягами. Перехід від стін до барабана здійснюється за рахунок другої стрічки антаблемента. У барабані вісім вікон чергуються з такою ж кількістю подвійних пілястр коринфського ордера, на яких лежить третя стрічка роз- крепованого й розкішно профільованого антаблемента. Баню поділено на вісім трикутних секторів, у кожному з них прорізано люкарну та розміщено живописне панно.

Одним із засобів просторового оформлення інтер’єру є колір. Біла матова поверхня пілястр, карнизів надає приміщенню легкості й виразності, а блакитно-сіре тло стіни створює враження глибини, віддаленості, прохолоди. Завдяки такому кольоровому розподілу стиснення невеликої площі конфігурацією стін стає непомітним, а масивність навислих склепінь, вага барабана та бані – невідчутними. Важливу роль в інтер’єрі відіграють вікна основного об’єму, бара­бана, бані. Вони розміщуються двома ярусами:у першому — великі за розміром, півцир­кульні вгорі; у другому – неве­ликі круглі люкарни. Особливу увагу Растреллі приділяє обрамленню вікон, що дозво­ляло підкреслити та підсилити значення стіни як тектонічної й композиційної основи споруди, і в той же час прикрасити її відповідно до загальної програми оздоблення інтер’єру. Поряд з елементами рос­линного орнаменту, дужкоподібними барочними фронтонами, різнома­нітними закрутками, зодчий застосовує у декорі наличників голівки херу­вимів, акцентуючи увагу на скульптурному трактуванні архітектурного образу. Через віконні прорізи широким потоком ллється світло, яке напо­внює приміщення і створює примхливу світлотіньову гру на позолоче­них деталях гіпсового ліплення та різьблення по дереву.