Ο ναός της Κοίμησης της Θεοτόκου στην Αιανή οικοδομήθηκε στη βυζαντινή εποχή, αλλά δέχθηκε διαδοχικές επεμβάσεις και μετασκευές στο πέρασμα των αιώνων. Σύμφωνα με την κτητορική επιγραφή, τουλάχιστον κατά τη μεταβυζαντινή περίοδο, από το 16ο αιώνα και εξής, αποτελούσε καθολικό μονής. Μέχρι τη δεκαετία του 1950, από τη μονή αυτή διατηρούνταν ακόμη σε ερειπιώδη μορφή ο περίβολος, η κινστέρνα, τα κελλιά και το κωδωνοστάσιο. Κατά τη μεταβυζαντινή περίοδο έως και το 18ο αιώνα, τόσο ο εξωτερικός χώρος του ναού, όσο και ο εξωνάρθηκας χρησίμευσαν ως χώροι ταφής κληρικών και μοναχών, όπως δείχνουν οι ενεπίγραφοι σταυροί και όπως προκύπτει από τις ανασκαφικές έρευνες.

Ο ναός είναι μονόχωρος με νάρθηκα και εξωνάρθηκα. Η αρχική φάση του τοποθετείται από τον πρώτο μελετητή, Στ. Πελεκανίδη, στην εποχή των Κομνηνών, δηλαδή στο τέλος του 11ου με αρχή του 12ου αιώνα, λόγω της τοιχοποιίας του, της διαμόρφωσης των όψεών του με τα τρίλοβα ανοίγματα, που ανάγεται σε κωνσταντινοπολίτικα πρότυπα, και του γλυπτού διακόσμου του. Σύμφωνα με τον ίδιο μελετητή, ο ναός αρχικά στεγαζόταν με δικλινή στέγη, όπως και σήμερα. Νεότερες έρευνες, ωστόσο, και προσεκτικότερη μελέτη των αρχιτεκτονικών δεδομένων μετά τις ανασκαφικές τομές και τις τελευταίες εργασίες στερέωσης και προληπτικής συντήρησης που έγιναν στο μνημείο, συνηγορούν προς την κατεύθυνση της στέγασης με τρούλο, άποψη που διατύπωσε για πρώτη φορά ο αρχιτέκτονας Κ. Οικονόμου. Ο κυρίως ναός επικοινωνεί με το νάρθηκα μέσω τριβήλου ανοίγματος, στοιχείο παλαιοχριστιανικό, που επιβιώνει σε αρκετούς μεταβυζαντινούς ναούς, όπως στο καθολικό της Μονής του Αγίου Στεφάνου στα Μετέωρα. Η σημερινή μορφή του ναού είναι αποτέλεσμα των μετασκευών που υπέστη στα τέλη του 16ου και στο 19ο αιώνα. Το 16ο αιώνα ο τρούλος κατέπεσε και η ανωδομή διαμορφώθηκε με τα κρεμάμενα τόξα των δύο πλάγιων πλευρών, ενώ το κατώτερο τρίλοβο άνοιγμα της νότιας όψης επικοινωνούσε με μικρό ορθογώνιο χώρο, που αποκαλύφθηκε μετά από ανασκαφική έρευνα και αποτελούσε πιθανότατα παρεκκλήσι. Το 19ο αιώνα τα τρίλοβα ανοίγματα των όψεων φράχθηκαν. Από τον αρχικό βυζαντινό ναό του 11ου-12ου αιώνα διασώζονται τοιχογραφίες στα εσωρράχια των παραθύρων των πλάγιων πλευρών και του κατώτερου τριλόβου της νότιας πλευράς. Στην επόμενη φάση, γύρω στο 1596 και, πάντως, πριν από το 1610, αγιογραφήθηκε όλος ο ναός, ο νάρθηκας και ο εξωνάρθηκας. Το 18ο αιώνα αγιογραφήθηκε εκ νέου ο εξωνάρθηκας από το ζωγράφο Πάνο εξ Ιωαννίνων, όπως προκύπτει από συγκριτική μελέτη ενυπόγραφων έργων του. Το 1877 επιζωγραφίσθηκαν ή ζωγραφίσθηκαν εκ νέου τα κατεστραμμένα τμήματα του προγενέστερου διακόσμου στον κυρίως ναό και στο νάρθηκα, από το Σαμαριναίο αγιογράφο Δημήτριο Αδάμ Πιτένη, ενώ λίγο νωρίτερα ένας άλλος αγιογράφος είχε φιλοτεχνήσει μεμονωμένες μορφές στο δυτικό τοίχο του νάρθηκα και στην αντίστοιχη ανατολική όψη του ίδιου τοίχου στον εξωνάρθηκα (αρχάγγελος Μιχαήλ, άγιος Χαράλαμπος, Παναγία Βρεφοκρατούσα). Το σημερινό δάπεδο του κυρίως ναού, καθώς και οι ξύλινες γραπτές νταμπλαδωτές οροφές, που έφερε ο κυρίως ναός και ο νάρθηκας, αποτελούν προσθήκες και επισκευές του 19ου αιώνα. Στο σημερινό τέμπλο του ναού, του 19ου αιώνα, έχουν ενσωματωθεί τμήματα από το παλαιότερο τέμπλο του τέλους 16ου - αρχών 17ου αιώνα. Οι εικόνες του 16ου έως και 19ου αιώνα φυλάσσονται στη Συλλογή Βυζαντινών και Μεταβυζαντινών Αρχαιοτήτων της Αιανής.

Στο ναό πραγματοποιήθηκαν εκτεταμένες εργασίες υποστύλωσης κατά τα έτη 1995-2000, λόγω των φθορών που προκλήθηκαν από το σεισμό του 1995. Έγιναν, επίσης, στερεωτικές εργασίες και διαμόρφωση του περιβάλλοντος χώρου, ανασκαφική έρευνα, καθώς και εργασίες προληπτικής συντήρησης και αποτύπωσης των τοιχογραφιών του ναού, με σκοπό τη σύνταξη μελέτης για τη συστηματική συντήρησή τους.