Ο ναός των Αγίων Θεοδώρων, γνωστός και ως ''Παλαιά Μητρόπολη'', είναι το σημαντικότερο σωζόμενο βυζαντινό μνημείο της πόλης των Σερρών, που λειτούργησε ως μητροπολιτικός ναός από τα βυζαντινά μέχρι τα νεότερα χρόνια. Η πρώτη έμμεση πληροφορία για το μνημείο προέρχεται από μολυβδόβουλλο του 12ου αιώνα. Κατά το 14ο αιώνα το περιέγραψε ο ρήτορας Θεόδωρος Πεδιάσιμος, ενώ από το 17ο αιώνα και μετά αναφέρεται αρκετά συχνά σε επιγραφές σκευών, εικόνων και αφιερωμάτων. Σύμφωνα με την επικρατούσα άποψη, ο ναός θεωρείται παλαιοχριστιανικός και η οικοδόμησή του τοποθετείται χρονολογικά στον 5ο-6ο αιώνα. Υπέστη επανειλημμένες επισκευές και μετασκευές κατά τη μεσοβυζαντινή περίοδο (10ος-11ος αιώνας) και στους επόμενους αιώνες, όπως υποδεικνύουν οι οικοδομικές φάσεις που διακρίνονται στο μνημείο και οι σχετικές γραπτές μαρτυρίες. Από τις κυριότερες επεμβάσεις είναι η αντικατάσταση του μαρμάρινου τέμπλου και η κατασκευή νάρθηκα το 1602/3, καθώς και η ανακατασκευή του νοτίου τοίχου, που έγινε το 1725, σύμφωνα με την πλίνθινη επιγραφή που υπάρχει εκεί. Ο ναός καταστράφηκε από πυρκαγιά το 1849 και, για τελευταία φορά το 1913 από τους Βούλγαρους, που πυρπόλησαν την πόλη κατά την υποχώρησή τους. Παρέμεινε σε ερειπιώδη κατάσταση μέχρι την αναστήλωσή του κατά τα έτη 1928-1935.

Το κτήριο ανήκει στον τύπο της βασιλικής. Στα ανατολικά εξέχει η ημικυκλική αψίδα του ιερού βήματος, ενώ ο κυρίως ναός διαιρείται με δύο κιονοστοιχίες σε τρία κλίτη. Στους αρχικούς κίονες, από πράσινο μάρμαρο (ατράκιος λίθος), ανήκουν μόνο οι ακραίοι σε κάθε κιονοστοιχία. Το μεσαίο κλίτος, σχεδόν διπλάσιο από τα πλάγια, καταλήγει στην αψίδα του ιερού, η οποία διατρυπάται από τρίλοβο παράθυρο, ενώ οι κόγχες της πρόθεσης και του διακονικού ανοίγονται στο πάχος του ανατολικού τοίχου. Στο εσωτερικό της κεντρικής κόγχης σώζονται λείψανα από το σύνθρονο. Πάνω από τα πλάγια κλίτη και το νάρθηκα διαμορφώνονταν υπερώα, ενώ το μεσαίο κλίτος έφερε υπερυψωμένο φωταγωγό και δικλινή ξύλινη στέγη. Στις εργασίες του 1928-1935 τοποθετήθηκε οροφή από μπετόν σε μίμηση της ξυλόστεγης. Ο νάρθηκας επικοινωνούσε με τον κυρίως ναό με τρεις εισόδους, από τις οποίες μόνο η μεσαία διατηρεί το αρχικό περιθύρωμα. Το ιερό βήμα καλύπτεται με κτιστούς θόλους που ανήκουν σε μεταγενέστερη φάση: καμάρα στο μέσον και χαμηλοί τρούλοι στα παραβήματα. Ο ναός έφερε πλούσιο γλυπτό διάκοσμο, από τον οποίο τίποτε δεν σώζεται στην αρχική του θέση. Από τα σωζόμενα μέλη αποκαθίσταται το αρχικό μαρμάρινο τέμπλο, τοξωτά προσκυνητάρια, ο άμβωνας και τα πτερύγια του επισκοπικού θρόνου. Την κόγχη του ιερού βήματος κοσμούσε μεγάλη ψηφιδωτή σύνθεση, που αρχικά είχε μήκος 10,10 μ. και απεικόνιζε την παράσταση της Θείας Κοινωνίας των Αποστόλων. Στην πυρκαγιά του 1849 το ψηφιδωτό υπέστη σοβαρή καταστροφή. Ανάμεσα στα έτη 1891 και 1902 σωζόταν τμήμα μήκους 7,30 μ., αλλά μετά την πυρπόληση του 1913 ελάχιστα τμήματα διατηρήθηκαν στη θέση τους, τα οποία με τον καιρό καταστράφηκαν. Σήμερα σώζεται μόνο η μορφή του Αποστόλου Ανδρέα, που εκτίθεται στο Αρχαιολογικό Μουσείο Σερρών. Η χαμένη σύνθεση μάς είναι γνωστή από τις περιγραφές των μελετητών των αρχών του 20ού αιώνα. Χρονολογείται στον 11ο αιώνα και κατατάσσεται στα αριστουργήματα της μεσοβυζαντινής εποχής, από τα ελάχιστα σωζόμενα στο βορειοελλαδικό χώρο.

Το μνημείο παρέμεινε κλειστό και μη επισκέψιμο μέχρι το 1991-1993, οπότε εκτελέσθηκαν εργασίες από την Ιερά Μητρόπολη σε συνεργασία με το Υπουργείο Πολιτισμού και ο ναός αποδόθηκε και πάλι στη λατρεία ως προσκυνηματικός.