Место расположения храма уникально: Покровская церковь выстроена в низине, на заливном лугу. Ранее около церкви было место впадения Нерли в Клязьму (ныне русла рек изменили своё положение). Церковь находилась практически на речной «стрелке», оформляя перекресток важнейших водных торговых путей.
Церковь Покрова построена на рукотворном холме. Обычный ленточный фундамент, заложенный на глубине 1,6 м, продолжен основанием стен, высотой 3,7 м, которые были засыпаны глинистым грунтом насыпного холма, облицованного белым камнем. Таким образом, фундамент уходил на глубину более пяти метров. Подобная технология позволяла противостоять подъёму воды при разливах реки (до 5 м).
От храма XII века без существенных искажений до нашего времени сохранился основной объём — небольшой, слегка вытянутый по продольной оси (около 8 х 7 м без учета апсид, сторона подкупольного квадрата около 3,2 м) четверик и глава. Храм крестовокупольного типа, четырёхстолпный, трёхапсидный, одноглавый, с аркатурно-колончатыми поясами и перспективными порталами. 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 псалтырью (струнным музыкальным инструментом) 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.
