Πρόκειται για έναν από τους πιο εντυπωσιακούς και επιβλητικούς ναούς του νησιού, ο οποίος φαντάζει μακρόθεν σαν αντικρίσει ο επισκέπτης τον οικισμό των Παμφίλων. Αποτελεί τρίκλιτη βασιλική με εγγεγραμμένο σφαιρικό τρούλλο και φέρει πολλές ομοιότητες προς τις βασιλικές του 19ου αι. που στολίζουν τη Λέσβο. Ανεγέρθηκε περί το 1859-1881 σε θέση όπου υπήρχε προγενέστερος μικρότερος ναός.
Η αρχιτεκτονική του δηλώνει δυτική επιρροή και δη από την Ιταλία.
Για την εκπόνηση το σχεδίων ασχολήθηκαν οι πρωτομάστορες Δημήτριος Μεϊμάρης και ο Τήνιος μαρμαρογλύπτης Πέτρος Βέκιος, ενώ για τον εσωτερικό διάκοσμο προσήλθαν τεχνίτες από την Ιταλία. Εντύπωση προκαλεί ο μεγάλος γυναικωνίτης με τους εννιά ημικυκλικούς εξώστες που φέρουν αξιόλογη διακόσμηση, όπως επίσης η γενικότερη αγιογράφηση και ο καλλιτεχνικός διάκοσμος της οροφής με γύψινα ανθικά θέματα και παραστάσεις εκ της Βίβλου.
Το μαρμάρινο τέμπλο είναι δημιούργημα του γλύπτη Γιαννούλη Χαλεπά, κατασκευασμένο από λευκό μάρμαρο το 1878, σύμφωνα με την επιγραφή: «ΙΩΑΝΝΗΣ ΧΑΛΕΠΑΣ ΤΗΝΙΟΣ ΕΠΟΙΕΙ 1878». Σύμφωνα με τα αρχεία του ναού η κατασκευή του κόστισε 131.420 γρόσια. Τα βημόθυρα είναι ξυλόγλυπτα και προέρχονται από το παλιό μικρότερο τέμπλο του προηγουμένου ναού, το οποίο μεταφέρθηκε στο παρεκκλήσι του αγ. Νικολάου της Σκάλας Παμφίλων. Ο ξυλόγλυπτος επίσης αρχιερατικός θρόνος και ο άμβωνας με μοτίβα από το φυτικό και ζωικό περιβάλλον προέρχονται από τον παλαιότερο ναό και κατασκευασμένα το 1786.
Στο ναό φυλάσσεται τμήμα λειψάνου της αγ. μεγαλομάρτυρος Βαρβάρας σε ειδική λειψανοθήκη. Πολλές εικόνες θησαυρίζονται, επίσης, με κυριότερη και μεγαλύτερης ιστορικής αξίας αυτή του αγ. Θεοδώρου του Βυζαντίου, η οποία έχει φιλοτεχνηθεί το 1798, τρία μόλις χρόνια από το μαρτύριο του αγίου. Στο σκευοφυλάκιο του ναού φυλάσσονται σημαντικά κειμήλια, σπουδαία έργα εκκλησιαστικής τέχνης, παλαίτυπα βιβλία και έγγραφα προερχόμενα απ’ την περίοδο 1767-1866.
