Композиция храма в целом характерна для первой половины XVIII века. К четверику холодного храма с запада примыкает низкая трапезная с теплым храмом, два престола которого расположены в выделенных апсидами выступах, огибающих четверик с севера и юга. С запада на главной оси здания находится шатровая колокольня, под которой устроен вход в теплый храм. Необычны для своего времени такие особенности как завершение четверика в виде двух рядов крупных кокошников, расположенных в одной плоскости и поставленных вперебежку (в шахматном порядке), а также венчающее храм пятиглавие и трёхчастный алтарь, вызывающие в памяти образ храма в стиле московского узорочья предшествующего столетия. Элементы и сама идея богатого рельефного кирпичного декора также заимствованы из арсенала стиля «узорочья» XVII века, хотя элементы декора и выполнены более сдержанно, иногда почти сухо. Фасады обильно украшены: в храм ведут перспективные порталы, большие окна четверика обрамлены валиковыми наличниками с «бусинами» и килевидными завершениями, окна алтаря и трапезной обрамлены полуколонками и завершены двойными кокошниками, по углам четверика расположены пучки полуколонок с «бусинами», стены апсиды и теплого храма украшены полуколонками и рамочными пилястрами, сложные цоколи и карнизы украшены поребриком и городками и т. д. Яркая особенность храма, уникальная для Белозерска, – широкий пояс из двух рядов прямоугольных полихромных изразцов. Возвышающиеся над четырехскатной кровлей пять стройных барабанов с луковичными главами декорированы аркатурными поясками и простыми карнизами. Только центральный барабан – световой, остальные — ложные. Кресты храма кованые, ажурные. На нижней перекладине центрального креста указана дата его установки –  1783 год. С востока к четверику примыкает низкий трехапсидный алтарь с высокой барочной кровлей колоколообразной формы, увенчанный маленькой главкой. Восьмигранная колокольня храма также выполнена в традициях «узорочья»: углы поставленного на четверик столпа обрамлены пучками полуколонок с «бусинами», ярус звона оформлен в виде круглых столпов с валиками и поребриком, соединенных ограждением с нишками-ширинками, шатер прорезан двумя рядами маленьких окон-слухов и увенчан луковичной главкой.

В интерьере бесстолпного холодного храма сохранились лишь обрамленные пышной рокайльной лепниной картуши с остатками росписей и венчающий стены карниз. На фотографии С.М.Прокудина-Горского 1909 года можно увидеть центральную часть достаточно скромно оформленного резного иконостаса XVIII века, не сохранившегося до наших дней.

Архитектор-реставратор Елена Михайловна Никитина, автор проекта реставрации храма 2010 года, так рассказывала о церкви Спаса Всемилостивого: «Свой нынешний вид она приобрела именно в 1755 году, когда была «возобновлена» после пожара 1753 года. Поэтому в ней много и от русского узорочья, и эпоха «елизаветинского» барокко оставила свой след. Церковь очень красивая, я ею просто любуюсь! Сейчас вокруг нее плотная застройка – нет простора, чтобы ее увидеть. Но замечательный вид на церковь открывается с вала. Это необыкновенно цельный и гармоничный памятник, пропорции его великолепны. Церковь очень интересна также своими декоративными элементами: затейливое барочное завершение алтарных апсид, двухъярусный фриз из ложных закомар и изразцовый пояс создают неповторимое впечатление «украшенности». Если сравнить церковь, например, с вологодским Софийским собором, который я тоже очень люблю, – мощным, монументальным, полным энергии, – то она выглядит удивительно нежно, «по-женски», как будто в кружевах».

В пожаре 1753 года были безвозвратно утрачены внутреннее убранство и иконостас первой четверти XVIII века. В 1755 году церковь отремонтировали. В XVIII–XIX веках храм поновлялся. В конце XVIII века над тремя апсидами у восточной стены храма была возведена барочная колоколообразная кровля. Судя по фотографии С.М. Прокудина-Горского, к 1909 году окна трапезной были значительно расширены, а ярусы кокошников в основаниях глав – стесаны, шатер колокольни был лишен окон-продухов и покрыт упрощенной железной кровлей.

В советское время в ходе приспособления здания под спортивное учреждение центральное алтарное окно было растёсано под дверной проём, сделаны деревянные пристройки, а в четверик разделили на два этажа, устроив в нём перекрытие и лестницу.

Первая серьёзная реставрация здания была проведена в 1980-е годы. В ходе работ были восстановлены в прежнем виде растесанные оконные проемы, утраченные кованые решетки и кирпичный декор фасадов, заменены отдельные обветшавшие изразцы и деревянные элементы, покрыты медью алтарная апсида и главы. На рубеже 1980-х – 1990-х годов силами волонтерского отряда «РеставросЪ» (г. Москва) были проведены работы по отведению грунтовых вод от фундамента храма. Константин Иванович Козлов (1962–1998), основатель Молодёжного Центра «РеставросЪ» Всецерковного православного молодёжного движения Московского Патриархата, в своей книге рассказал о сложившейся ситуации: «В реставрации и этого храма принимал участие московский отряд «РеставросЪ» — побелка, земляные работы... Положение памятника очень серьёзное. Когда дело дошло до устройства в храме пола на первоначальном уровне, понадобилось снять слой позднего грунта. И вот здесь-то проблема обозначилась совершенно чётко — на глубине всего в штык лопаты из-под земли хлынула вода. Храм стоит на воде, а его фундаменты — в воде. Вот и опять приходится помянуть «добрым» словом Волго-Балт. Это его плоды — поднятие уровня Белого озера повлекло за собой поднятие уровня грунтовых вод. Храм стоит почти на уровне озера, к тому же регулярные подсыпки проезжей части улицы привели к тому, что памятник оказался в «яме», где скапливаются ещё и дождевые, талые воды — дренажной системы для отвода воды, разумеется, не устроили. Так и стоит храм «по колено» в воде. Подойдите ближе, взгляните на нижнюю часть стен — они насквозь мокрые, штукатурка отслаивается, кирпич крошится... До недавнего времени в храме Спаса Всемилостивого размещался спортзал. Подо что только не приспосабливали храмы! Хотя зачастую «приспособление» спасало их от сноса или естественного разрушения. Здание живёт, пока в нём люди. Даже законсервированное, но пустующее здание обречено на медленную гибель. Гибель, но не осквернение. Что хуже? Не знаю... Во всяком случае, ни то, ни другое не лучше. Лучше, когда в храме – храм».

Конструктивные проблемы в ходе реставрации 1980-х годов решены не были. «Бетонные обоймы, выполненные тогда на фундаментах под столбами в трапезной, – отмечает архитектор-реставратор Елена Михайловна Никитина. – впоследствии разорвало, столбы, на которых покоятся своды, просели и оторвались – образовались трещины, деструкция кирпичной кладки наблюдалась по всему периметру».

В 2011–2012 годах к юбилею Белозерска церковь была вновь отреставрирована. Работы вела московская реставрационная организация «Промпроект». Сооружение Мариинской водной системы в начале XIX века привело к значительному подъему уровня подземных вод в прибрежной части территории Белозерска, негативному воздействию которых постоянно подвергается фундамент и стены церкви. «Поэтому была проведена консервация стен при помощи инъецирования (в отверстия в стенах под давлением подается скрепляющий раствор), – рассказывет Е.М. Никитина. – Под столбами пришлось укреплять фундаменты, убирать приклад кирпича ХХ века в нижней части столбов, инъецировать и осушать подлинную кладку. Столбы были взяты в металлическую обойму и заново облицованы большемерным кирпичом, аналогичным подлинному, использовавшемуся при строительстве. Еще одной проблемой, влияющей на сохранность церкви, является высокий уровень культурного слоя. Его необходимо было понизить, чтобы избежать капиллярного подсоса. Мы срезали грунт, сколько смогли, чтобы не «утопить» церковь в поверхностных водах. Кроме консервации конструкций фундаментов, стен и стропильной системы, выполнен большой объем работ по реставрации декоративных элементов. Вычинен изразцовый фриз. Защищен от разрушения пояс из закомар – они покрыты медью. Заменены фрагменты из просечного металла на крестах, причем их не снимали – восполняли на месте, с лесов… Большая часть столярных изделий, выполненных в XX веке, заменена – в церкви теперь новые оконные рамы и двери. Проведена консервация внутренней двери из притвора в трапезную – она полностью подлинная, включая металлические кованые детали». В интерьере храма появились белокаменные полы, расчищены и оштукатурены стены, благоустроена окружающая территория. Храм по-прежнему нуждается в реставрации живописи и рокайльной лепнины.

В 2018 году в рамках реализации проекта БУК ВО «Белозерский областной краеведческий музей» «Храмы Белозерска: создание информационной системы с использованием интернет-технологий» – победителя победителей Международного грантового конкурса «Православная инициатива – 2017–2018» – на здании установлена информационная табличка.