Biserica veche are forma exteriorului în cruce latină (absidele în contur rectangular), unică în ţară. Alte însuşiri care dau bisericii acesteia o înfăţişare cu totul deosebită: forma profilelor, care sunt lucrate toate la fel şi înlocuiesc tradiţionalul ciubuc cu zimţi de cărămidă, de obârşie bizantină, apoi chenarele faţadelor, dreptunghiulare, cu flori zugrăvite al fresco de-a lungul lor şi lipsa îndătinatului brâu.
Pictura din pridvor şi pronaos este în cea mai mare parte cea originală, realizată de Pârvu Mutu Zugravul, pictorul preferat al Cantacuzinilor. Tabloul votiv îl reprezintă pe fondatorul mănăstirii, Mihail Cantacuzino, înconjurat de optsprezece copii, de prima soţie (Maria) şi de cea de a doua (Teodora), precum şi de alţi membri ai familiei Cantacuzino, la loc de frunte fiind fratele ctitorului, stolnicul Constantin Cantacuzino.
Biserica veche a fost incendiată în 1791, în timpul războiului ruso-austro-turc şi a fost repictată parțial în 1795 de Teodor zugravul, din Făgăraș. Astfel din pictura originală se mai păstrează doar scenele din pridvor, tabloul votiv şi turla de pe naos (afară de Pantocrator).
Paraclisul «Schimbarea la Faţă» a fost construit în anul 1695. O parte din pictura naosului conţine foarte multe asemănări cu pictura lui Pârvu Mutu Zugravul aflată în Biserica Veche, probabil a fost un ucenic de-al său, care a lucrat sub directa supraveghere a maestrului, ori a fost un pictor localnic sau un călugăr talentat în arta picturii bisericeşti, a cărui identitate s-a pierdut în negura timpurilor.
În prelungirea Paraclisului se găseşte cavoul lui Take Ionescu, bărbat de stat şi mare orator, născut în Ploieşti în 1858 şi decedat la Roma în 1922. A fost amenajat în 1923 şi împodobit cu fresce de Costin Petrescu. Fragmente din discursurile sale, rostite în Parlament între 1908-1916, sunt reproduse de jur împrejurul criptei funerare.