Οι τοιχογραφίες στο εσωτερικό του ναού ανήκουν σε τέσσερις φάσεις. Ατυχώς δεν έχουν ακόμη συντηρηθεί και καλύπτονται από την αιθάλη των κεριών, γεγονός που δυσκολεύει να γίνουν ακριβέστερες παρατηρήσεις σχετικά με το εικονογραφικό πρόγραμμα, την τεχνοτροπία και τις ιδιαιτερότητες των ζωγράφων που τις φιλοτέχνησαν.

Από την παλαιότερη φάση της ζωγραφικής, η οποία πιθανότατα χρονολογείται στο 14ο αιώνα, αποκαλύφθηκαν λίγα τμήματα στο βόρειο τοίχο του δυτικού διαμερίσματος σε σημεία, όπου το μεταγενέστερο στρώμα είχε καταπέσει. Οι επόμενες τοιχογραφίες έγιναν σύμφωνα με την επιγραφή που προαναφέραμε το 1521, με δαπάνη των τιμιωτάτων Μπωγωνιανιτών. Στις τοιχογραφίες αυτές έχουν αναγνωριστεί αντιστοιχίες με τον διάκοσμο της πρώτης φάσης της μονής των Φιλανθρωπινών στο Νησί των Ιωαννίνων, τόσο στη διάρθρωση των παραστάσεων με την υιοθέτηση της συνεχούς αφήγησης κατά το σύστημα της ζωφόρου, όσο και στην απόδοση των πολυπρόσωπων δραματικών σκηνών. Ομοιότητες εντοπίζονται και σε φυσιογνωμικούς τύπους αγίων και στον κύκλο των Παθών.

Μια άλλη επιγραφή στον κυρίως ναό αναφέρεται σε μια δεύτερη φάση αγιογράφησης του καθολικού. Συγκεκριμένα η επιγραφή αναφέρει:

«...Πρωθιεραρχούντος τοιγαρούν τω τηνικαύτα χρόνω/ του Παναγιωτάτου τε κυρού Ιερεμίου/ δόξαν εγώ δε γεγραφώς ταύτην εν θεώ την αρχήν τω δόντι και το τέλος ζμε, ινδ.ι΄ (7045 = 1536/7)».

Οι τοιχογραφίες του 1537 , φιλοτεχνήθηκαν από τον Ευστάθιο Ιακώβου, πρωτονοτάριο Άρτας, ο οποίος εργάσθηκε και στο παρεκκλήσιο του Αγίου Ιωάννη του Θεολόγου στη μονή της Παναγίας Μαυριώτισσας στην Καστοριά.

Στον τρούλο διακρίνεται με δυσκολία η μορφή του Παντοκράτορα, ενώ στο σταυρεπίστεγο τμήμα είναι ζωγραφισμένες οι σκηνές της Σταύρωσης, της Μεταμόρφωσης, της Ανάληψης κ.α. Στους πλευρικούς τοίχους διακρίνονται σε ζώνες ολόσωμοι άγιοι, στηθαίοι άγιοι σε μετάλλια και άλλες σκηνές από τον Χριστολογικό κύκλο. Από τις πιο χαρακτηριστικές είναι η ολόσωμη μορφή του Εφραίμ του Σύρου, που είναι ενδεδυμένος με μοναχικά ενδύματα και κρατάει ανοιχτό ειλητάριο.

Σε μία μεταγενέστερη φάση ανήκουν οι τοιχογραφίες του πρόναου, με τη πολυπρόσωπη σκηνή της Δευτέρας Παρουσίας, ένα θέμα που εικονογραφείται ευρύτατα τη μεταβυζαντινή εποχή σε πολλούς ναούς και καθολικά μονών στην Ήπειρο. Στη δυτική εξωτερική πλευρά του νάρθηκα σε αψίδωμα διατηρούνται σπαράγματα τοιχογραφίας στην οποία πιθανότατα εικονίζονταν οι δύο επώνυμοι κτήτορες της μονής, ο αυτοκράτορας Κωνσταντίνος Πωγωνάτος και ο Ανδρόνικος Παλαιολόγος.