На месте, где сейчас находится Богоявленская церковь, по данным Белозерских писцовых книг XVII века, ранее стоял деревянный одноименный храм. Стилистический анализ позволяет датировать каменное здание храма и трапезную серединой XVIII века, колокольню — серединой XIX века. Однако, по мнению исследователей, это перестроенное здание на основе существовавшего здесь ранее. Оно относится к расположенным на самых высоких точках города православным постройкам, которые были созданы на холмах, играли роль третьего плана общей панорамы города, придавая ей особую глубину и живописность. Будучи теплым зимним храмом, Богоявленская церковь вместе с большим Успенским собором, используемым для летних служб, образовывала единый комплекс. Главный ее престол был посвящен Богоявлению Господню, северный придел — Благовещению Пресвятой Богородицы. Войти в верхний холодный храм, освященный в честь святителя Димитрия, митрополита Ростовского, можно было из колокольни по сводам трапезной. Пользовались им нечасто, и не для общих служб.

Исследователи видят в его укромности и не очень распространённом посвящении перекличку с верхним Алексеевским храмом в Успенском соборе.
  
Кирпичное двухэтажное здание церкви расположено в юго-восточной части города. Ее объемно-пространственная композиция проста, изящна, её части соразмерны и гармоничны. Высокая основная часть храма завершена кровлей колоколообразной формы с маленьким восьмигранным барабаном. На нём разместили луковичную главку на тонком основании. С востока к небольшому помещению храма примыкал выступ — апсида, завершенный полукружным верхом, а с запада — прямоугольная трапезная с ассиметричным северным приделом. К ней примыкала трехъярусная колокольня. Ее первый ярус декорирован с каждой стороны треугольными фронтонами, украшенными лепными карнизами, углы разделены ленточными выступами, проемы украшены арочными перемычками и помещены в прямоугольные ниши, оформлены наличником. Второй ярус выделялся плоскими элементами — пилястрами, между которыми располагалась полукруглая ниша с клинчатыми камнями. На восточной стене ниша отсутствовала, а окно на стене сделали полукруглым. Венчал второй ярус фигурный карниз. Третий ярус имел арочные проемы, его углы декорированы колоннами на манер древнеримских, такие называют колоннами тосканского ордера.