Ο Ι. Ν. Αγ. Αθανασίου, υστεροβυζαντινών χρόνων (13ος αιώνας), ανήκει στον αρχιτεκτονικό τύπο του απλού τετρακιόνου σταυροειδούς εγγεγραμμένου τρουλαίου ναού, διαστάσεων 6,50 X 5,90 μ. και ύψους 5 μ., χωρίς τον τρούλο, με νάρθηκα και τρίπλευρη αψίδα Ιερού Βήματος. Η κάτοψη προκύπτει ορθογωνικής μορφής, συμμετρική ως προς τους δύο άξονες. Στον δυτικό τοίχο υπάρχουν ίχνη γένεσης του θόλου, ο οποίος στέγαζε νάρθηκα που έχει καταρρεύσει. Στην τοιχοποιία έχουν ενσωματωθεί μαρμάρινα spolia.



Ο ναός στην αρχική του φάση είχε τρεις εισόδους. Ένα δίλοβο άνοιγμα στον δυτικό τοίχο, μέσω του οποίου επικοινωνούσε ο ναός με τον νάρθηκα, τοξωτή θύρα στον νότιο τοίχο και θύρα στο βόρειο τοίχο, που στέφεται με πεταλόμορφο τόξο. Πιθανότατα κατά την περίοδο της Τουρκοκρατίας, τα ανοίγματα φράχθηκαν και παρέμεινε μία είσοδος στη δυτική πλευρά, που αποτελούσε το νότιο τμήμα του δίλοβου ανοίγματος. Κατά την αποκατάσταση του μνημείου, αποκαταστάθηκαν στην αρχική τους μορφή η δυτική και η νότια είσοδος, ενώ η βόρεια είσοδος παρέμεινε κλειστή, για λόγους προστασίας από τις καιρικές συνθήκες.



Τα γωνιακά διαμερίσματα του ναού στεγάζονται με ασπίδες, οι οποίες βρίσκονται χαμηλότερα από τις κεραίες του σταυρού. Τα τόξα στήριξης των θόλων και του τρούλου στηρίζονται σε τέσσερις αρράβδωτους κίονες, εκ των οποίων οι τρεις φέρουν ως κιονόκρανα βάσεις ιωνικών κιόνων και ο τέταρτος παλαιοχριστιανικό επίθημα.



Ο ναός φαίνεται ότι ήταν ανεπίχριστος εξωτερικά. Η τοιχοποιία του έχει κατασκευασθεί κατά το ατελές πλινθοπερίκλειστο σύστημα δομής, ενώ εσωτερικά έχουν χρησιμοποιηθεί ημιλαξευτοί λίθοι, με χρήση κεράμων και σαθρό κονίαμα δομής.



Στο βόρειο λαμπά του δίλοβου ανοίγματος αποκαλύφθηκε τοιχογραφία με παράσταση της Αγ. Κυριακής, η οποία χρονολογείται περί το 1235 και η οποία αποτοιχίσθηκε και εκτίθεται στο Βυζαντινό Μουσείο. Αυτή αποτελεί και το μοναδικό στοιχείο για τη χρονολόγηση του ναού, ο οποίος κατά την επικρατέστερη άποψη χρονολογείται στο 13ο αι.. Υπάρχει ωστόσο και η άποψη που τον χρονολογεί κατά δύο αιώνες νωρίτερα, στον 11ο αι., λόγω του πεταλοειδούς τόξου της βόρειας θύρας, της έλλειψης πλίνθων στους αρμούς, της απουσίας κουφικών και των πλίνθινων τόξων των παραθύρων.



Στον περιβάλλοντα χώρο του ναού υπάρχουν κάποια αρχιτεκτονικά κατάλοιπα και πηγάδι που ενεδεχομένως παραπέμπουν στην ύπαρξη μικρής Μονής ή μεγαλύτερου παλαιότερου ναού, επάνω στα ερείπια του οποίου χτίσθηκε ο βυζαντινός ναός.



Ο ναός επλήγη από τους σεισμούς του 1981, οπότε και κατέπεσε ο τρούλος του. Κατά τις εργασίες ανακατασκευής του το 1984 διαπιστώθηκε ότι ο τρούλος ανήκει στους μεταβυζαντινούς χρόνους και είχε ήδη αντικαταστήσει τον αρχικό.



Ο ναός αναστηλώθηκε πρόσφατα, μαζί με τον Ι. Ν. Μεταμορφώσεως Σωτήρος (Χριστού) και μερικώς τον Ι. Ν. Αγ. Γεωργίου του Τροπαιοφόρου, με χρηματοδότηση του ΕΣΠΑ 2007-2013, από τη Διεύθυνση Αναστήλωσης Βυζαντινών και Μεταβυζαντινών Μνημείων.