Строежът е изпълнен от брациговски майстори. Типичната трикорабна псевдобазилика е разделена от два реда по четири дървени колони, свързани с полукръгли арки, стъпили върху оригинални капители с форма на лалета. Размерите на храма не са големи – 20 на 12 метра, но въздействието на архитектурата му е внушителна заради извисения на 14 метра осмостенен купол, изграден върху свода на средния кораб. До това време купол в Пловдив има единствено митрополитската църква „Св. Марина“. Подът е настлан с мраморни плочи. Олтарът е украсен с резбован иконостас от втората половина на 18-ти век. В него са вградени царски двери от края на 17-ти век. Предполага се, че резбата с по-късната датировка е дело на забележителния майстор, изработил иконостаса на параклиса „Св. Въведение Богородично“. Резбата е плитка, с ажурна украса и майсторски изпълнена орнаментика. Иконите са разположени в три хоризонтални реда. Под големите изображения от царския ред има пана с рисувани живописни пейзажи. Храмовата икона, посветена на св. Харалампий, е дело на големия възрожденски живописец Станислав Доспевски. Иконите „Св. Троица“ и „Св. Благовещение“ са рисувани от зограф Стефан Андонов – Пазарджичанин.
Скоро след Освобождението, през 1878 година, друг известен местен зограф Атанас Гюдженов, баща на големия живописец проф. Димитър Гюдженов, поема работата по изписване на черквата. Вероятно поради недостатъчно средства той успял да покрие със стенописи само купола, средния кораб и източната олтарна стена с апсидата. Интериорът на храма „Св. Харалампий“ е бил обогатен с красиво резбовани владишки трон и амвон. На два проскинитария са поставени иконите „Св. апостол Тома и праведни Ной“, рисувана през 1833 година от Никола Одринчанин и „Св. Харалампий“ от началото на 19 век.
Освен култов паметник, църквата „Св. Харалампий“ е историческа светиня, свързана с последната фаза от борбата за самостоятелна българска църква.
Тони МИХАЙЛОВ
