Вскоре после освящения храм был расписан фресками. На северо-западном столпе сохранилась надпись с датой: «в лето 86». Это 6886 год по старому летоисчислению, «от сотворения мира», то есть 1378 год от Рождества Христова. Сама надпись сделана поверх красочного слоя, а значит, фрески в храме появились, скорее всего, не позднее этого года. Расписали храм, как считают искусствоведы, ученики великого византийского художника, многие годы работавшего на Руси, — Феофана Грека (1330-e — после 1405). Незадолго до этого Феофан Грек создал свои знаменитые фрески в новгородской церкви Спаса на Ильине улице. Очевидно, что на них и ориентировались мастера, работавшие в церкви Федора Стратилата. Композиции отличаются большой дробностью и сложностью расположения, есть уникальные, нигде больше не повторяющиеся сюжеты. Основная тема росписей — великопостный и пасхальный богослужебные циклы.