Церква Богородиці, перший достовірно відомий кам’яний храм на Русі. Споруджена у 989-996 великим князем Київським Володимиром Святославичем. До цього часу на Русі не існувало практики регулярного монументального будівництва. Для спорудження церкви було запрошено майстрів з Константинополя. Вони принесли з собою класичну візантійську техніку будівництва з плінфи на цем’янковому розчині і традиційну для середньо-візантійської доби (VIII-XIII ст.) схему хрестовобанного храму, яка від часу побудови Д. ц. стає канонічною для давньоруської архітектури в типологічному варіанті "вписаного хреста". Освячення церкви відбулося 12 травня 996. Князь Володимир Святославич дарував храму на утримання десяту частину прибутків – десятину, звідси й походить назва церкви. В першій половині XI ст. відбувалися певні перебудови храму, оскільки літопис повідомляє про повторне освячення и 1039. Під час штурму Києва монголами в 1240. Д. ц. була останнім оплотом оборони киян, склепіння та стіни її частково впали. В "Списке городов русских дальних и ближних" кінця XIV ст. повідомляється, що церква мала 25 верхів. На вцілілій південно-західній частині споруди влаштували невелику церковку, яка мала назву Миколи Десятинного. В другій половині XV ст. за часів князя Симеона Олельковича проходили якісь ремонтні роботи. Великі ремонтно-реставраційні роботи в 30-х pp. XVII ст. проводилися і ініціативи митрополита П. Могили. В XIX ст. залишки стародавньої церкви розібрано, а на їх місці 1828-42 збудовано нову споруду в псевдо-візантійському стилі за проектом В.П. Стасова, яка за своїм стилем не мала нічого спільного з архітектурою стародавнього храму. В 1935 вона була зруйнована.
В 1823-24 за дорученням митрополита Є. Болховітінова К.І. Лохвицький здійснив археологічні дослідження решток церкви, які водночас були першими стаціонарними розкопками давньоруської пам’ятки. Проте архітектурні обміри були некваліфікованими. Фаховими стали обміри, які здійснив 1826 М.Є. Єфімов. Не закриті стасівською церквою частини стародавнього собору (північна та східна) ретельно досліджено в 1908-14 Д.В. Мілеєвим. У 1938-39, 1948 решту площі стародавньої споруди дослідив М.К. Каргер.
Д. ц.- класична пам’ятка константинопольської школи. Водночас вона мала специфічні давньоруські риси: великі розміри, значну кількість бань, пірамідальний характер. Адже такі великі церкви у Візантії тоді вже не будували, переважно зводились трипофні храми. Д. ц. будувалася як головний кафедральний собі держави, яка що офіційно прийняла християнство й призначалася для богослужіння для великої кількості людей, а також державних церемоній. Хори призначалися для князя, де він перебував під час літургії (між Богом та людьми), і церковної верхівки, вони викопували, крім церковної, ще одну функцію – це був палац у храмі. Літопис не випадково називає їх "палаті", тобто палац, оскільки тут князь приймав послів, радився з боярами тощо.
Матеріали розкопок дають можливість тільки в найзагальніших рисах реконструювати план і первісний вигляд храму. В зв’язку зі складністю його структури та поганим зберіганням решток церкви архітекторами запропоновано значну кількість графічних гіпотетичних реконструкцій. Центральне ядро церкви – трипефна шестистовпна будівля з трьома апсидами. З трьох боків до неї прилягали галереї, західна частина яких була незвично розширена та ускладнена, імовірно, в зв’язку з розміщенням тут хрещальні та сходової башти. Можливо, деякі частини цього комплексу споруджено (або перебудовано) в XI ст. Основне ядро храму мало довжину 27,2 м та ширину 18,2 м. Фундаменти Д. ц. складено з великого дикого каменю (кварцит, пісковик, моренні валуни) на цем’яночному розчині. Причому породи каміння не перемішувалися, а були на різних ділянках. Глибина фундаментів – 1,4 м. Деякі фундаменти не були пов’язані між собою, а складені впритул. Під фундаментом виявлено складну систему дерев’яних субструкцій. На дні знаходився другий шар таких же лежнів (поперечний). Між лежнями в землю вбито численні дерев’яні кілки. Всі ці конструкції було залито розчином. Стіни викладено в змішаній техніці кладки зі схованим рядом на цем’янковому розчині. Стіни та склепіння храму оздоблено фресковим розчином та мозаїкою. Чимало фрагментів цих розписів виявлено під час розкопок. В оздобленні широко використовувалися різьблені мармурові деталі, привезені переважно з Херсонесу. Літописець навіть називав цю церкву "мраморяною". Підлога являла собою різнобарвний килим, набраний з невеличких шматків мармуру, смальти, полив’яних плиток, кольорового каменю. Деякі плити підлоги виготовлено з рожевого овруцького шиферу й інкрустовано смальтою.
В церкві були поховані князь Володимир Святославич та його дружина Анна, князь Ростислав Мстиславич. Сюди ж перенесли останки княгині Ольги і Олега та Ярополка Святославичів (братів Володимира). Археологи виявили 8 стародавніх поховань у мармурових, шиферних та дерев’яних саркофагах, проте атрибутувати їх неможливо.
Після завершення будівництва Д. ц. було опоряджено площу перед нею – Бабин торжок. На ній встановлено бронзову квадригу та дві бронзові античні статуї. Навколо церкви збудовано кілька князівських палаців, що складали з нею єдиний ансамбль. Західний палац (розміщений паралельно західній стіні Д. ц.) знаходився на сучасному Десятинному пров. Розкопували його С.П. Вельмін у 1914 та В.О. Харламов у 1982-83. Це була прямокутна в плані споруда, вздовж західного фасаду проходила галерея. Фундаменти складено в такій самій системі, що й фундаменти Д. ц. Палац також оздоблено фресковим розписом. Вважають, що це була резиденція князя.
Південний палац, що йшов паралельно південній стіні церкви (вул. Володимирська), розкопували в 1911-1914 Д.В. Мілеєв та С.П, Вельмін. Споруда прямокутна в плані, довжиною бл. 44 м та шириною 11,5 м, всередині розділена поперечними стінками на три частини: центральну, прямокутну та бічні квадратні.
Техніка спорудження фундаментів така сама, як і в попереднього палацу та Д. ц. Можливо, палац слугував гридницею Володимирових дружинників, про яку згадують літописи та билини.
Рештки ще одного палацу виявлено 1857 в ЗО м на північний схід від Д. ц. на схилі Старокиївської гори. Розкопані В.В. Хвойкою в 1907-1908. їх намагалися дослідити в 1936, 1939, 1966, але стан та збереження пам’ятки не дають можливості з’ясувати план споруди. Частково (21 м) розкрито західну стіну, від якої відходили три поперечні стінки. Фундаменти з дерев’яними субструкціями малопотужні (0,45 м). Імовірно, другий поверх був дерев’яний. Знайдено чимало деталей оздоблення (шиферні різьблені плити, фрагменти фрескового розпису, смальта від мозаїки, віконне скло, лиштва дверей з мармуру та шиферу). За будівельною технікою палац близький до попередніх, проте частина дослідників вважає, що його могли збудувати ще до Д. ц. в часи княгині Ольги,