Фреска в храме Преподобного Сергия Радонежского выполнена в древнерусском стиле художником Сергеем Чехониным. При восстановлении храма стиль росписи был сохранён на основе сохранившихся изобразительных материалов. Стены декорированы растительным орнаментом в голубых тонах. На фресках представлены четыре сюжета: на северной стене — «Благословение старцем отрока Варфоломея», на южной — «Благословение преподобным Сергием Радонежским благоверного князя Дмитрия Донского на Куликовскую битву», на алтарной арке слева — «Поклонение волхвов», справа — «Явление воскресшего Христа Марфе и Марии». Потолок также расписан на голубом фоне со звёздами, что подчёркивает атмосферу духовности и торжественности.