Din punct de vedere arhitectonic, biserica Mănăstirii Trei Ierarhi respectă în linii mari planul bisericilor moldovenești din secolul al XVI-lea: un plan triconictriconc, având o turlă suplimentară deasupra pronaosului. Bolta principală cuprinde două registre suprapuse de patru și respectiv opt arce de boltă dispuse oblic și care, împreună cu pandantivele de deasupra lor, reușesc să reducă diametrul [[Clopotniță|clopotniței]]. La exterior, aranjarea elementelor decorative de pe fațade amintește de biserica [[Mănăstirea Dragomirna|Mănăstirii Dragomirna]] (ridicată între anii 1606-1609). Împărțirea paramentului cu ajutorul unei centuri este cea întâlnită la mănăstirile muntenești din acea perioadă, iar influența stilului gotic transilvănean este vizibilă la contraforturi, la armătura de piatră a ferestrelor, la profilul ușilor, precum și la chenarele cu baghete și arce în acoladă.<refname=cimec>[http://www.cimec.ro/Monumente/Treier/treiero.htm Aurelian Trișcu, ''Biserica „Sfinții Trei Ierarhi”''], 15 octombrie 1998, ''Cimec.ro'', accesat la 22 mai 2020</ref> Ceea ce face ca acest sfânt lăcaș să se situeze printre cele mai originale creații ale artei monumentale moldovenești este contrastul armonios dintre formele arhitecturale, bine reliefate și proporționate, și decorațiile sculptate care acoperă ca o dantelă toate cele patru fațade, inclusiv contraforturile și arhivoltele laterale. Ornamentele exterioare sunt foarte variate: nișe adânci cu arcade fasciculate conform modelelor orientale, colonete ca ale bisericilor rusești, vase persane din care se ridică ramuri înflorite, motive geometrice întâlnite în Georgia și Armenia, paramentul împărțit de o centură în formă de sfoară răsucită încadrată de două benzi de marmură decorate în stil renascentist sau baroc. Subliniată printr-o colorare ca a lazuritului, pusă în evidență prin aurire, această ornamentație contribuie la celebritatea pe care biserica Trei Ierarhi a avut-o încă de la zidirea sa.<ref name=cimec/>