Владимир поручил храм корсунскому духовенству во главе с Анастасом Корсунским и, вероятно, строили его тоже корсунские мастера. Храм вместе со многими церковными святынями, древнейшими иконами и книгами был безвозвратно утрачен при разрушении Киева войсками Батыя в 1240 г. От былой величественной постройки X века ничего не осталось, кроме фундамента, но по археологическим раскопкам и скупым письменным источникам мы можем хотя бы от части реконструировать изначальный вид храма. Раскопки выявили раннюю технику кладки: здание возводилось из плоских византийских кирпичей – плинфы. Кладка связывалась известняковым раствором с примесью толченой керамики – цемянки. В постройке церкви использовалась, так называемая, «кладка со скрытым рядом» : на фасад ряды плинфы выходили через один, промежуточный ряд немного отодвигался в глубь стены и покрывался слоем раствора. Богородичный Десятинный собор был по византийскому образцу крестово-купольным сооружением, расчлененным тремя парами столбов на три нефа, которым соответствовали в алтарной части три абсиды. Согласно летописи, над храмом высились 25 глав. В отделке интерьера широко применялся мрамор. Стены украшали мозаики и фресковые росписи. Вокруг собора располагались огромные каменные двухэтажные дворцы с такой же пышной отделкой, как и сам храм. Весь архитектурный комплекс наглядно свидетельствовал силе и мощи молодого христианского государства.
Десятинная церковь в начальный период почиталась как церковь святого Климента. Св. Климент – римский папа в 90-е гг. I века. По легенде, сложившейся не ране IV в. , он был сослан римским императором Траяном в Корсунь (Херсонес) , где погиб мученической смертью. Около 860 г. преподобный Кирилл-Константин, будущий составитель славянской азбуки, первоучитель славян, обрел мощи св. Климента. Впоследствии часть их он доставил в Рим, где они покоятся поныне. А глава Климента была вывезена, видимо, Владимиром в Киев, в Десятинную церковь. Культ Клемента тесно связывал Десятинную церковь с Корсунью, градом, откуда пришло официальное крещение Руси, и откуда были вывезены мощи Климента Римского. Это можно расценивать как символизированный акт приобщения Руси к древнехристианским традициям. Но вместе с тем этот культ протягивал нить на Запад, по крайней мере, к регионам миссионерской деятельности Кирилла и Мефодия. Основное ядро Десятинной церкви — трехапсидный четырехстолпный храм с притвором — на многие годы послужил образцом для последующего строительства на Руси православных храмов. 