О первоначальном виде храмовой живописи нет никаких сведений. Церковь Всех Святых, как и большинство строений монастыря, пострадала во время пожара 1718 г., но вскоре была восстановлена. Храм расписали только после капитального ремонта в 1906 г. художники и ученики лаврской иконописной школы под руководством Ивана Сидоровича Ижакевича. Эскизы всех росписей разрабатывал лично И.Ижакевич, ему помогали иконописцы и самые одаренные ученики. Система росписей построена таким образом, что большинство фигур святых размещена на оконных откосах. На стенах храма доминирует декоративный элемент. Живописные композиции в храме расположены с соблюдением традиционных требований. Изображение на темно-синем фоне в главном куполе Христа-Пантократора является доминирующим. В левой руке Он держит открытую книгу с надписью: "Азъ єсмь Свьтъ мира", десница приподнята для благословения. Как Вседержитель Мира, Он окружен небесными силами - серафимами. Их изображения также размещены в боковых куполах, в центре каждого свода на одном уровне написано слово "Свят", которым серафимы прославляют Бога.
Ближе к Христу - на парусах по традиции изображены евангелисты, но в церкви Всех Святых изображены лишь два евангелиста: на юго-западном парусе - святой Марк со львом, на северо-западном парусе изображен святой Лука с его символом быком. Два других паруса прикрыты иконостасом. На арках в кругах на золотом фоне находятся лики апостолов. Фигуры апостолов размещены на арках, так как они символизируют опору церкви.
Фигуры печерских святых на оконных откосах храма изображены попарно, в зависимости от их рода деятельности или места, которое они занимали в истории монастыря. Так в юго-восточном оконном проеме изображены прп. Никола Святоша и Прохор Лебедник. Далее, по кругу изображены - прп. Нестор Летописец, Исаакий Затворник, Моисей Угрин и Иоанн Многострадальный, Марк Пещерник, Авраамий Трудолюбивый, Леонтий и Геронтий - канонархи Печерские, прп. Иеремия и Матфей Прозорливый, Иоанн и Феофил Печерские.
На оконных откосах северной части храма - изображения врачей прп. Агапита и Дамиана, иконописцев Григория и Алипия, диаконов Ахилы и Анастасия. Завершают круг фигуры прп. просфорников Спиридона и Никодима.
По обеим сторонам входа в церковь в полный рост размещены изображения киевского князя Владимира и составителей славянской азбуки свв. Кирилла и Мефодия.
На стене алтарной части, закрытой иконостасом, размещены изображения основателей Киево-Печерского монастыря прпп. Антония и Феодосия, первых игуменов монастыря прп. Никона и Варлаама, а также прпп. Тита, Кукши, Игнатия, Поликарпа.
Живопись интерьера церкви отмечается богатством цветной гаммы, выдержанной в холодных тонах. Все картины и орнаменты написаны масляной краской, широкими мазками.
Особое впечатление производит интерьер церкви с открытым и освещенным до самого верха подкупольным пространством. Внутреннее строение храма своей конструкцией соответствует внешнему делению строения на пять камер. Каждой камере в храме соответствует свое подкупольное пространство. Свод алтарной части значительно приподнят кверху, где его восьмигранный проем соединяется со световым барабаном. Центральная часть храма вверху ограничена четырьмя соединенными между собой арками. Вместе с парусами они образуют круглое отверстие, переходящее в световой барабан цилиндрической формы.
Интерьер церкви дополняют два мраморных мозаичных киота, установленные на южной и северной стенах.
Киоты были выполнены в начале XX ст. киевским мраморных дел мастером Иваном Антоновичем Дрекслером для Трапезной церкви, но в 1902 г. по требованию Духовного собора перенесены в церковь Всех Святых.
Иконы для них написал академик живописи В.Фартусов. На одной иконе изображен Иоанн Предтеча, а на другой - прп. Иоаникий Великий.
