Biserica Mănăstirii Galata a fost pictată în interior în frescă la începutul secolului al XVII-lea, în mod sigur în altar și naos, după cum remarca secretarul patriarhului Macarie al Antiohiei, arhidiaconul Paul de Alep. Istoricul Nicolae Grigoraș își exprimă opinia că ar fi fost pictat pe alocuri și pridvorul.
Pictura originală a bisericii a fost distrusă însă într-un incendiu din anul 1762, odată cu catapeteasma și alte obiecte bisericești. Unele fragmente din pictura originală s-au păstrat acoperite de tencuieli ulterioare. Se mai observă pe peretele nordic al naosului un fragment din tabloul votiv, în care apar portretele ctitorilor: domnitorul Petru Șchiopul, soția sa Maria și fiica sa Maria (cea care s-a căsătorit cu Zottu Tzigara, fost spătar și mare vistiernic). Toate personajele au aceeași înălțime, cu costume de aceeași culoare și coroane identice.
În afară de tabloul votiv, se mai păstrează frescele reprezentând Sfânta Treime, un sobor de îngeri, liturghia îngerească în două tablouri pe cele patru timpane mari, heruvimi, medalioane de sfinți pe arce și motive decorative florale.
În anul 1811, s-a repictat interiorul bisericii de către zugravul Vasile Dubrovschi, care a primit 1.600 lei de la arhimandritul Chiril. Zugravii au încercat să imite pictura originală, fără a reuși să egaleze calitativ. Cu ocazia lucrărilor de restaurare începute în 1961, a fost înlăturată pictura în ulei din interior.
Inițial, biserica a fost pictată și în exterior, de asemenea în frescă. Aceste picturi s-au șters în decursul celor 400 de ani de existență ai bisericii.