Архитектура построенной в 1330 г. церкви отличается одновременно простотой и красотой. Наружные и внутренние стены щедро украшены вмурованными плитами с рельефными крестами, украшенными орнаментом – хачкарами.

«Хачкар» с армянского языка переводится как «крест-камень». Армянский обычай создавать резное изображение креста со сложным орнаментом в качестве молитвы за человека возник ещё в 9 веке. Хачкары могли ставиться отдельно, группами или вмуровываться в стену, причём резчикам по камню не позволялось создавать два одинаковых хачкара. Каждый такой камень, посвятительная надпись на фасаде или внутри храма повествует о чьей-то судьбе. Разнообразные хачкары составляют самую характерную черту внешнего и внутреннего убранства храма св. Сергия. Самые большие плиты с хачкарами были заложены в кладку фасада церкви в качестве молитвы за благоденствие тех, на чьи средства строился храм Саркиса. По существовавшему обычаю хачкары, обнаруженные среди развалин старых строений, вмуровывались в стены действующих на тот момент церквей. Поэтому самый древний хачкар в память мальчика Манука, утонувшего в море в 1047 г., старше самой церкви на 300 лет.

Рядом с церковью св. Сергия находится древний портал, в 1888 году во время реконструкции переделанный в звонницу. Ещё в середине 19 в. портал был связан с церковью и служил входом в неё.

Могила Айвазовского Церковь принадлежала армяно-григорианской общине города, здесь был крещён И.К.Айвазовский (по происхождению армянин). Дом родителей художника находился недалеко от церкви. Здесь же Айвазовский венчался со своей второй женой – Анной Никитичной. Для любимой церкви художник написал ряд икон: «Хождение по водам» (1897 г.), «Богоматерь с младенцем», «Апостол Петр», «Апостол Павел», «Крещение», «Тайная вечеря». Эти произведения сохранились и сейчас находятся в постоянной экспозиции Национальной картинной галереи имени И. К.Айвазовского.