Икона выделяется редким колористическим решением: ярко-голубая фелонь (облачение святителя) сочетается с желтым фоном и розовым нимбом, покрытым растительным орнаментом. Нимбы изображенных в верхних углах Христа и Богоматери голубые. В иконе нашли отражение различные художественные традиции. В ней можно увидеть приемы новгородских мастеров, в частности орнамент, состоящий из изогнутого стебля с крупными листьями. Но особенности лика с глубокими морщинами и крупными глазами, с как бы застывшим напряженным взглядом находят аналогии в тверских произведениях. Цветные нимбы связаны с сербским искусством, оказавшим влияние на тверскую иконопись в XIV — первой половине XV века. В иконе есть немало архаических черт, что может указывать на повторение какого-то более раннего почитаемого образца.

 
Эти особенности делают образ Николы самобытным и важным для истории древнерусской живописи, несмотря на его неполную сохранность. На одеждах и руках святителя в значительной степени сохранены слои поздних поновлений. «Чинившие» образ иконописцы XVIII–XIX веков повторяли только его композицию, полностью меняя художественное решение. При одном из поновлений облачение святого стало зеленым, с прихотливыми барочными складками. С правой стороны оставлен фрагмент записи другого времени — одеяние святителя здесь украшено четырехконечными крестами. Руки прописаны в упрощенной, ремесленной технике светотеневой живописи. Реставрацию иконы еще предстоит окончить.