Η εκκλησία του Αγίου Νικολάου στα Κυριακοσέλλια ανήκει στις σημαντικότερες εκκλησίες της Κρήτης, καθώς αποτελεί ένα από τα καλύτερα παραδείγματα Βυζαντινής αρχιτεκτονικής στο νησί. Είναι πολύ πιθανόν να ήταν αρχικά αφιερωμένος στον Όσιο Νικόλαο τον Στουδίτη που καταγόταν από τα Χανιά (792 - 868) και μνημονεύεται στις 4 Φεβρουαρίου, αν και στον τοιχογραφικό διάκοσμο ιστορείται ολόκληρος ο κύκλος του Αγίου Νικολάου Μύρων από τη Λυκία (εορτ. 6 Δεκεμβρίου). Ο αρχικός ναός του 11ου αιώνα ήταν σταυροειδούς αρχιτεκτονικής με το κύριο κλίτος (ανατολικά προς δυτικά) πολύ μεγαλύτερο και φαρδύτερο από το κάθετο, έτσι ώστε η εκκλησία στο εσωτερικό να μοιάζει ορθογώνια. Κατά τον 20ο αιώνα ο δυτικός τοίχος καθαιρέθηκε και προστέθηκε επέκταση.
Έχει καμάρες και στις δύο πλευρές της και τα παράθυρα είναι διακοσμημένα με ημικύκλια από πλίνθους. Τα παράθυρα είναι δίλοβα, δηλαδή έχουν ένα κεντρικό κιονίσκο με δύο ανοίγματα στ' αριστερά και στα δεξιά για το φως, ενώ στη μεγάλη αψίδα του ιερού το παράθυρο είναι τρίλοβο. Η εκκλησία σκεπάζεται με ένα όμορφο, μακρύ κυκλικό θόλο που στηρίζεται στην τομή των κλιτών και προστέθηκε κατά την πρώιμη Ενετοκρατία, όταν υπερυψώθηκαν και οι κεραίες του σταυρού. Ο θόλος έχει μια οροφή από κεραμίδια και μεγάλα στενόμακρα παράθυρα, όμορφα διακοσμημένα με πλίνθους.
Στο εσωτερικό του ναού διασώζονται τοιχογραφίες από πολύ ικανό ζωγράφο του πρώτου μισού του 13ου αιώνα που ακολουθεί την Κομνήνεια παράδοση και ίσως έχει επηρεαστεί από τις ανανεωτικές τάσεις της Αυτοκρατορίας της Νίκαιας. Στο τεταρτοσφαίριο της κόγχης του ιερού βήματος απεικονίζεται ένθρονη η Παναγία συνοδευόμενη από δύο αρχαγγέλους, ενώ χαμηλά στον κύλινδρο εικονίζεται η Κοινωνία των Αποστόλων και ο Μελισμός με συλλειτουργούντες ιεράρχες. Στον τρούλο εικονίζεται ο Ιησούς Αντιφωνητής με τέσσερις αγγέλους και προφήτες στο τύμπανο. Οι ανατολικοί πεσσοί που στηρίζουν το θόλο παίζουν ρόλο τέμπλου, όπου ιστορούνται ο Χριστός Αντιφωνητής, η Παναγία Βλαχερνίτισσα, ο Άγιος Νικόλαος Μύρων και ο όσιος Νικόλαος ο Στουδίτης. Τις υπόλοιπες επιφάνειες κοσμούν σκηνές από το θεομητορικό και το χριστολογικό κύκλο, μορφές αγίων αλλά και ο βίος του Αγίου Νικολάου Μύρων.