Αρχιτεκτονική
Οι αρχαιολογικές έρευνες έχουν αποδείξει ότι το κτίσμα αποτελούσε τμήμα του συγκροτήματος των ανακτόρων που έκτισε γύρω στα 300 ο καίσαρας Γαλέριος. Ο αρχικός σκοπός του κτίσματος ήταν να χρησιμοποιηθεί είτε ως μαυσωλείο είτε ως ναός λατρείας του Δία και των Καβείρων ή του ίδιου του Γαλερίου. Πιθανή είναι και η εκδοχή ότι ο ναός χρησιμοποιούνταν για τις επίσημες τελετές του παλατιού.
Γύρω στα 400 επί Θεοδοσίου, το κτίσμα μετατράπηκε σε χριστιανική εκκλησία και έγιναν τροποποιήσεις στο κτίσμα:
Διαπλατύνθηκε η ανατολική κόγχη και δημιουργήθηκε ιερό με κόγχη μεγάλη. Η αλλαγή αυτή κλόνισε το κτίσμα με αποτέλεσμα να κατάρρευσει τμήμα του θόλου. Έτσι το ιερό βήμα ξανακτίστηκε με παχύτερα τοιχώματα και πιθανώς τότες ενισχύθηκε και με εξωτερικές αντηρίδες.
Κτίστηκε δεύτερος κυκλικός τοίχος σε απόσταση οκτώ μέτρων από τον αρχικό και ανοίχτηκαν οι 8 κόγχες με αποτέλεσμα ο εσωτερικός τοίχος να μεταβληθεί σε πεσσούς.
Μεταφέρθηκε η κύρια είσοδος από την νότια κόγχη στο δυτικό τμήμα του ναού απέναντι από την κόγχη του ιερού.
Διακοσμήθηκε το εσωτερικό με μωσαϊκά.
Κατασκευάσθηκε νάρθηκας στο δυτικό τμήμα.
Ονομασία
Αρχικά δεν μας είναι γνωστό το όνομα του ναού. . Πιθανόν να ήταν αφιερωμένος στους Μάρτυρες λόγω του ψηφιδωτού, ή στον Χριστό με το όνομα "Δύναμις του Θεού". Επίσης υποστηρίχθηκε πως ο ναός αρχικά ονομαζόταν των ναός των Ασωμάτων ή των Αρχαγγέλων όνομα το οποίο δόθηκε και στην ευρύτερη συνοικία (γειτονιά των Ασωμάτων) καθώς και στην ανατολική πύλη (πύλη των Ασωμάτων). Η εκκλησία αυτή χρησίμευσε και ως μητροπολιτικός ναός της Θεσσαλονίκης (1525-1591). Το 1591 μετατράπηκε σε τζαμί από το σεΐχη Σουλεϊμάν Χορτατζή ό τάφος του οποίου σώζεται μέσα στον περίβολο του ναού. Από την εποχή αυτή σώζεται και ο μιναρές. Το σημερινό της όνομα " Άγιος Γεώργιος" το πήρε πολύ αργότερα από ένα ναό που βρίσκεται απέναντι από τη δυτική είσοδο του περιβόλου του ναού. Το όνομα ροτόντα δόθηκε από τους ξένους περιηγητές του 18ου και 19ου αιώνα λόγω του κυκλικού της σχήματος.
Ψηφιδωτά
Τα ψηφιδωτά του ναού είναι από τα καλύτερα παλαιοχριστιανικά ψηφιδωτά που διατηρούνται. Στο κάτω μέρος του ναού απεικονίζονται φανταστικά κτίρια με αψίδες και ημιθόλια. Υπάρχουν επίσης αετώματα, καμάρες και κίονες με παραπετάσματα ανάμεσά τους καθώς και λυχνάρια ή παγώνια. Μπροστά από τα κτίρια υπάρχουν άγιοι με υψωμένα τα χέρια σε στάση δέησης (orantes) και δίπλα τους υπάρχει σημειωμένη η εόρτιος ημέρα του κάθε αγίου καθώς και η ιδιότητά του. Υπάρχουν κληρικοί άγιοι, στρατιωτικοί, γιατροί, ένας αυλητής, ένας υπηρέτης, κυρίως μάρτυρες. Οι άγιοι είναι έτσι κατανεμημένοι ώστε να υπάρχει εορταζόμενος άγιος κάθε μήνα του χρόνου.
Πιο ψηλά, στον τρούλλο, υπάρχει η παριστάνεται ο Χριστός μέσα σε κύκλο βασταζόμενος από αγγέλους. Ανάμεσα στις 8 καμάρες υπάρχουν ψηφιδωτά με διακοσμητικά θέματα (κλαδιά, άνθη, πτηνά και γεωμετρικά σχήματα). Εκτός από τα ψηφιδωτά, στην κόγχη του ιερού βρίσκεται σε τοιχογραφία η παράσταση της Ανάληψης του Χριστού. Η τοιχογραφία χρονολογείται στον 9ο αιώνα.
Τα χαρακτηριστικά των προσώπων που απεικονίζονται συνδέουν την παράσταση με αυτή του τρούλλου της Αγίας Σοφίας. Ο άμβωνας του ναού βρίσκεται έξω από το ναό στο νότιο προπύλαιο. Ο τύπος του είναι ριπιδιόσχημος.
