Решено было отделывать собор в византийском стиле, с изяществом и благолепием, так как собор этот, по замечанию церковно-археологического общества, является не киевским местным памятником, а всероссийским памятником просветителю Руси. Одним из членов общества выработан был проект внутренней отделки храма, но Министерство Внутренних Дел не приняло этого проекта и поручило составление чертежей профессору А. В. Прахову.
По плану профессора А. В. Прахова, при его ближайшем участии и под его наблюдением произведены работы по внутренней отделке собора, которые начались в 1885 г. и закончились накануне освящения собора. Для живописных работ в соборе приглашены были художник В. М. Васнецов, ныне профессор живописи, художники П. А. Сведомский, В. А. Котарбинский, В. М. Нестеров.
Позже к ним присоединились Н. К. Пимоненко и А. С. Мамонтов, которым, впрочем, принадлежит незначительная часть художественных работ. Прежде чем говорить о работах каждого из этих художников, необходимо напомнить, для выяснения характера этих работ, что в христианской иконографии различают два стиля, или две школы - итальянскую (западную) и византийскую (восточную).
Главное различие их состоит в том, что первая по преимуществу заботилась о формах изображения, вторая старается передать идею духовности и святости изображаемая лица. Итальянская отличается правильностью рисунка, глубоким изучением анатомии человеческого тела, правильным размещением света и теней, соблюдением колорита, знанием перспективы, но по стремлению к резкой эффектности не совсем пригодна для изображения святых лиц, в которых должны проявляться простота и смирение.
Византийская иконопись уступает западной в указанных отношениях, в ней не всегда соблюдаются правильность рисунка, искусство драпировки в одеждах, здесь слабо знание анатомии человеческого тела, мало знания перспективы, но эти недостатки наряду с чрезвычайной тщательностью отделки, искупаются соблюдением единства священных изображений, умением соблюсти дух благочестия и уважения к святыне, выразить смирение и простоту святых, их отчуждение от мирской жизни.
Благодаря всему этому, греческая иконопись имеет характер по преимуществу духовный, преисполненный величавой простоты и глубокого чувства смирения, делающий ее наиболее соответствующей целям употребления икон. Кажется, не будет ошибкой сказать, что В. М. Васнецов является представителем византийской школы, конечно, в самой последней стадии её развития, соединяя с прекрасным рисунком глубокое религиозное чувство. Но если считать г. Васнецова представителем византийской школы, то необходимо признать, что в его лице эта школа достигла наивысшего развития.
Другим представителем византийской школы среди художников, работавших во Владимирском соборе, является М. В. Нестеров, но он в то же время является и представителем новейшего символизма. Гг. Сведомский и Котарбинский, по характеру своих картин, должны быть причислены к представителям итальянской школы, конечно, также в новейшей стадии её развития. Их картины поражают яркостью и блеском красок, особенно у г. Котарбинского, тщательностью работы, но они не так сильно трогают религиозное чувство.