Construita în secolul 10; dedicata sfântului Nicolae. Făcea parte dintr-o fortăreaţă medievală, care juca un rol important în apărarea Sofiei. In secolul al treisprezecelea a fost extinsa. Hramul bisericii este sfântul Pantelimon.  

Principala atracţie: frescele medievale, care au fost pictate de un artist necunoscut (maestrul de la Boyana)- figuri în mărime naturală, scene din Evanghelie, din viaţa sfinţilor patroni ai bisericii, portrete ale familiei regale şi ale lui Caloian şi soţiei sale, Desislava.  Deşi încă supuse canoanelor bizantine, aceste fresce degajă o libertate, un realism, o armonie a proporţiilor , o viaţă şi o căldură care caracterizează Scoala de la Târnovo şi anunţă deja Renaşterea Italiană. Unul dintre cele mai complete şi mai bine păstrate monumente de artă medievală est-europeană.
Scenele care descriu suferinţele Sfantului Nicolae, precum şi portretele Mântuitorului sugerează într-un mod foarte pertinent faptul că artiştii bulgari aveau legături cu atelierele de la curtea bizantină, execuţia frescelor denotă o preferinţă evidentă pentru miniaturi şi pictură de icoane. Stilul de lucru cu picturi miniaturale a dezvoltat un simţ ascuţit al culorii, un interes pentru natură, o preferinţă pentru anumite modele ale elenismului târziu, fiind deosebit de plastice. Pictura pe icoane a încurajat şlefuirea gustului pentru  compoziţii mici şi un simţ pronunţat al detaliului.

Trebuie amintit faptul că pictura murală din biserica Boyana a fost preluată de mănăstirile din Serbia, Rusia şi Muntele Atos în secolele 14-16, ceea ce are o însemnătate istorică deosebită. Chipurile şi trupurile de sfinţi sunt zugrăvite în pasteluri delicate, iar maniera în care sunt pictate veşmintele lor conferă identitate stilului artistului (tehnica lui face să pară foarte bogate şi grele aceste veşminte). Figurile statice sunt însufleţite prin gesturi de-abia perceptibile şi contrastează cu fundalul sobru, închis. Detaliile arhitecturale şi peisajele nu ocupă mult spaţiu în compoziţie, pentru a nu distrage atenţia de la cel mai important element- figurile, pe care artistul le tratează cu credibilitatea psihologică şi concreteţea plastică originală obţinute prin folosirea unei palete restrânse de culori.