Стены церкви строго вертикальны, но благодаря исключительно удачно найденным пропорциям они выглядят наклоненными внутрь, чем достигается иллюзия большей высоты сооружения. В интерьере крестчатые столпы сужаются кверху, что при небольших размерах храма создает дополнительное ощущение «высотности» интерьера.
Членения северной и южной стен храма асимметричны, восточные прясла очень узки. Однако сумма выступа боковых апсид и ширины восточных прясел стен практически равна ширине средних прясел стен, и благодаря этому композиция храма выглядит уравновешенной при взгляде с любой стороны. Многообломные пилястры с полуколоннами на внешней стороне стен храма Покрова на Нерли соответствуют внутренним лопаткам. Их суммарная толщина шире стен примерно в полтора раза, и это создает очень ясный конструктивный «рисунок» храма.
Стены церкви украшены резными рельефами. Центральная фигура в композиции трёх фасадов храма — восседающий на троне царь Давид с гуслями в левой руке, двуперстно благословляющий правой рукой. Также в оформлении используются львы, птицы и женские маски.
Первоначальные внутренние росписи храма полностью утрачены (сбиты при поновлении в 1877 году) .
Изысканность пропорций и общая гармоничность храма отмечается многими исследователями; часто церковь Покрова называют самым красивым русским храмом