Храм был расписан в палехском стиле. Авторы работ — художники мастерской Дмитрия Трофимова «Царьград». На иконах и на стенах церкви запечатлены восемь основных сюжетов из жизни Дмитрия Донского: таковы венчание Дмитрия и Ефросиньи, крещение их детей преподобным Сергием Радонежским, строительство каменного кремля в Москве, спасение от литовских захватчиков, основание Стромынского и Угрешского монастырей, благословение преподобным Сергием на Куликовскую битву. В южном рукаве (ответвлении крестообразного помещения) храма изображены святые князь с княгиней; в северном — представители Русской церкви, сыгравшие важную роль в жизни Дмитрия Донского. В западном — местночтимые тульские святые, включая расстрелянных в 1930-е годы и захороненных в Тесницком лесу. Алтарная иконография связана с прославлением Богоматери и решена в светлых тонах (охра, белый, васильковый, позолота), что характерно для стиля XVII века.