У квітні 1832 відбулися торги на спорудження у Китаївській пустині цегляної дзвіниці і при ній — теплої церкви і трапезної. Підряд доручено київському купцю М. Фадєєву. В архівній справі є посилання на будівництво церкви і трапезної 1833, а також вказівка, що б лютого 1833 братську церкву і келії разом із трапезною закінчено; столярні роботи виконано майстром Кагарлицьким. 1845 з півдня до трапезної прибудовано ще один невеликий корпус келій. У серпні 1852 альфрейних справ майстру Г. Федорову доручено пофарбувати стіни церкви й трапезної у світло-зелений колір; у вівтарі над престолом написати Богородицю у сяйві, у церкві — Всевидюще Око, на стелі трапезної — великий хрест у сяйві й зробити ліплення. У записах 3 жовтня 1852 зазначено, що оформлення церкви майже закінчено, церкву розписував Г. Малявський.
Споруда одноповерхова, із цокольним ярусом у північній частині, на підвалах, цегляна, тинькована. Складається з двох поєднаних низенькою вставкою Г-подібних у плані об'ємів із поперечними крилами, завершеними з боку подвір'я напівкруглими апсидами. В північній частині містилися розташована вздовж вулиці споруда хлібні та висунутий в глибину подвір'я об'єм кухонних будівель і келій, які, ймовірно, включали домову церкву. Південна частина складається з поперечно орієнтованої трапезної зали з теплою церквою Дванадцяти апостолів та прилеглих раніше до дзвіниці келійних приміщень. У вівтарі трапезної церкви збереглося напівсферичне склепіння, в окремих підвалах — коробові склепіння на цегляних стовпах, у більшості приміщень перекриття плоскі, дерев'яні. Дах вальмовий, по дерев'яних кроквах, критий залізом.
Трапезна з церквою Дванадцяти апостолів — безстовпна, зального типу, планування інших частин анфіладне. Усі приміщення мають входи з боку подвір'я. Апсида церкви перекрита напівсферичною банею на низькому підбаннику. Вікна цокольного поверху північної частини заглиблені у приямки. На дворових фасадах південних келій збереглася давня віконна столярка, перед одним із входів південної келії — залишки різьбленого дерев'яного ганку. Виразний класицистичний характер мають фасади з боку вулиці: прості прямокутні вікна з профільованим карнизом чергуються з вузькими вікнами хлібні, оздобленими лучковими перемичками із замковими каменями, ділянкою «сліпих» вікон з вузькими підвіконними й надвіконними тягами торця трапезної тощо. Дворові фасади простіші: гладенько тиньковані стіни членуються невеликими без облямувань прямокутними вікнами й профільованим карнизом. Великі віконні прорізи з давніми прямокутно-ґратчастими рамами акцентовано прямими сандриками й підвіконними фільонками. Споруда органічно вписується у комплекс надвірних будівель ансамблю. Після ремонту 1993—95 використовується церковною громадою і чоловічим монастирем «Китаївський пустинницький скит» [634].