Судя по документам XVII века, стены храма украшала фресковая роспись. Характер росписи нам не известен. Аналогом может служить роспись Покровского собора (собора Василия Блаженного) на Красной площади, стены которого покрыты колерной архитектурной раскраской с текстом «летописи» на переходе от восьмерика к шатру. Возможные изображения святителей и ангелов на стенах, в концах и проёмах окон, а также на внешних стенах летнего храма в документах XVIII столетия уже не упоминаются. В первой четверти XIX века появляется колерная архитектурная живопись. Большую ценность представлял живописный образ Вселенских Святых и Московских чудотворцев по сторонам «царского места» на галерее. Во время ремонта церкви в 1834 году по смете архитектора Е.Д. Тюрина «имеющийся образ святых, написанный на стене паперти сверх места царского, сохранить во всякой целости для чего заделать оный временно плотницкими щитами». В 1884 году изображения святых на камне уже сколоты рабочими, и на этом месте прибиты изображения, написанные маслом на цинке . Высокое здание церкви имеет большой подклет, в котором, возможно, хранилась великокняжеская казна во время приезда великих князей и царей в Коломенское. Позднее подклет использовался в хозяйственных целях. Торжественные события, посвященные празднованию строительства и освещению храма, происходили в великокняжеском дворце, местоположение которого не известно. В записках немца-опричника Генриха Штадена упоминается, что в 1571 г. крымский хан Девлет-Гирей,совершая поход на Москву, велел "подпалить увеселительный двор великого государя в Коломенском в миле от города".В 1591году сын Ивана IV царь Федор Иванович вновь отстроил опустошенное татарами село. Им был построен другой дворец, который однако простоял недолго.
В конце XIX века историк И.Е. Забелин высказал мысль о том, что дворец располагался к западу от храма. Однако исследования, проведённые на этой территории архитектором И.В. Маковецким в 1940-е годы, дали отрицательные результаты. Позднее архитекторы ПД. Барановский и И.В. Маковецкий высказали гипотезу, что древний дворец находился с северной стороны церкви Вознесения и соединялся с ним крытым переходом. Доказательством этой гипотезы они считали сбитый в древности портал северного входа в церковь и заложенные окна в подклете. В 1970-х годах рядом с церковью были найдены хозяйственная яма с остатками посуды конца XV — начала XVI века, фрагменты каких-то деревянных построек. Документы не сохранили данных о находках древних кладок при строительстве дворцов XVIII— XIX веков на территории к северу от церкви Вознесения.
В конце XIX века историк И.Е. Забелин высказал мысль о том, что дворец располагался к западу от храма. Однако исследования, проведённые на этой территории архитектором И.В. Маковецким в 1940-е годы, дали отрицательные результаты. Позднее архитекторы ПД. Барановский и И.В. Маковецкий высказали гипотезу, что древний дворец находился с северной стороны церкви Вознесения и соединялся с ним крытым переходом. Доказательством этой гипотезы они считали сбитый в древности портал северного входа в церковь и заложенные окна в подклете. В 1970-х годах рядом с церковью были найдены хозяйственная яма с остатками посуды конца XV — начала XVI века, фрагменты каких-то деревянных построек. Документы не сохранили данных о находках древних кладок при строительстве дворцов XVIII— XIX веков на территории к северу от церкви Вознесения.