Pohjoisvenäläisissä ortodoksisissa luostareissa on perinteisesti erillinen talvikirkko. Valamon luostarin talvikirkko on pääkirkon yhteydessä. Kirkko on pyhitetty luostarin pyhittäjäisien, Sergei ja Herman Valamolaisten muistolle ja sen temppelijuhlaa eli praasniekkaa vietetään vuosittain syyskuun yhdentenätoista päivänä. 

1500- 1600-lukujen henkeen rakennetun kirkon ikonostaasissa on sekä vanhoja että uudempia ikoneja. Nuorimmat niistä ovat venäläisen ikonimaalarin arkkimandriitta Zinonin oppilaiden käsialaa. Ikonostaasin yläpuolella oleva esirukousryhmäfresko on arkkimandriitta Zinonin ja arkkimandriitta Arsenin yhteistyössä maalaama.