Η εκκλησία του Τιμίου Σταυρού στην Αγία Ειρήνη Λευκωσίας είναι κτισμένη στην κορυφή λόφου που δεσπόζει του χωριού. Είναι εκκλησία μονόκλιτη, ξυλόστεγη με πεταλόμορφη αψίδα που προεξέχει στ' ανατολικά. Έχει εσωτερικές διαστάσεις 8,38X3,04 μ. χωρίς την αψίδα. Η αψίδα έχει χορδή 1,94 μ. και βέλος 1,73 μ. Οι τοίχοι είναι κτισμένοι με ακατέργαστους λίθους και λάσπη. Μ' εξαίρεση το κεντρικό τμήμα της αψίδας, που καταστράφηκε και ξανακτίσθηκε, οι τοίχοι της εκκλησίας διατηρούνται σε καλή κατάσταση. Η στέγη της εκκλησίας επισκευάσθηκε το 1973 από το Τμήμα Αρχαιοτήτων. Η εκκλησία έχει δυο θύρες: μια στον νότιο τοίχο και μια στο μέσο του δυτικού τοίχου.
Η εκκλησία δεν φαίνεται να διακοσμήθηκε ολόκληρη με τοιχογραφίες. Σήμερα σώζονται τοιχογραφίες στον ανατολικό και τον νότιο τοίχο και μια στο ανατολικό άκρο του βόρειου τοίχου, μέσα στο ιερό βήμα.
Στην κορυφή του αετώματος του ανατολικού τοίχου είναι ζωγραφισμένη η Αγία Τριάδα σε καθαρά δυτικό τύπο: εικονίζεται, δηλαδή, ο Πατήρ με τη μορφή γέροντα που κρατεί τον Χριστό Σταυρωμένο και το Άγιο Πνεύμα, με τη μορφή περιστεράς, πάνω από το κεφάλι του Σταυρωμένου Χριστού. Πιο κάτω δεξιά κι αριστερά από το τόξο της αψίδας εικονίζεται ο Ευαγγελισμός. Στα βόρεια της αψίδας, κάτω από τον άγγελο του Ευαγγελισμού εικονίζεται Άγιος Διάκονος, κατεστραμμένος στο πάνω και το κάτω μέρος, που κρατεί στ' αριστερό χέρι βιβλίο αντί το κιβωτίδιο με το λιβάνι. Πιο χαμηλά στη μικρή αχιβάδα της Πρόθεσης εικονίζεται ο Χριστός-Άκρα Ταπείνωση που στηρίζεται από άγγελο. Κάτω από τη Θεοτόκο του Ευαγγελισμού, στα νότια της αψίδας, εικονίζεται ιεράρχης αδιάγνωστος.
Στο τεταρτοσφαίριο της αψίδας εικονίζεται η Δέηση, δηλαδή ο Χριστός ένθρονος και η Παναγία και ο Πρόδρομος όρθιοι με τα χέρια υψωμένα σε δέηση. Η Δέηση σε τεταρτοσφαίριο αψίδας είναι σχεδόν άγνωστη στην Κύπρο, αν και πολύ συνηθισμένη στην Κρήτη και στην περιφέρεια γενικά του βυζαντινού κόσμου. Κάτω από τη Δέηση, στον ημικυλινδρικό τοίχο της αψίδας εικονίζονται όχι ολόσωμοι οι ιεράρχες Γρηγόριος ο Θεολόγος και Χρυσόστομος στο βόρειο μισό, και ο Βασίλειος κι ένας αδιάγνωστος στο νότιο μισό.
Σ' αντίθεση με την καθιερωμένη διάταξη των τοιχογραφιών της αψίδας, η Κοινωνία των Αποστόλων εικονίζεται κάτω από τους ιερουργούντες ιεράρχες. Το κεντρικό μέρος της Κοινωνίας των Αποστόλων έχει καταστραφεί. Αρκετή φθορά έχει πάθει και η Μετάδοση στο βόρειο μισό της αψίδας. Νεότερη επιζωγράφιση κάλυψε τις επιγραφές Λάβετε φάγετε... και Πίετε ἐξ αὐτοῦ πάντες... που ήσαν γραμμένες στο κόκκινο φόντο, πάνω από τα κεφάλια των αποστόλων. Σήμερα διακρίνονται αμυδρά. Ο Ιούδας στο άκρο αριστερά εικονίζεται να εγκαταλείπει τον Χορό των Αποστόλων. Στο άκρο δεξιά της αψίδας, στη συνέχεια της ομάδας των έξι αποστόλων, που με τον απόστολο Παύλο επικεφαλής μεταλαμβάνουν τοῦ Οἴνου, εικονίζεται, σε στάση μετωπική, ο άγιος Σπυρίδων.
Στον νότιο τοίχο εικονίζονται ο άγιος Αθανάσιος Αλεξανδρείας και η Σύναξη των Αρχαγγέλων που περιορίζεται σε δυο μόνο αρχαγγέλους που κρατούν την εικόνα του Χριστού. Στη συνέχεια εικονίζονται η Γέννηση του Χριστού και η Υπαπαντή. Κάτω από την Υπαπαντή στα δυτικά της νότιας εισόδου της εκκλησίας εικονίζεται ο άγιος Αντώνιος. Στο ανατολικό άκρο του βόρειου τοίχου εικονίζεται η Θυσία του Αβραάμ.
Οι τοιχογραφίες της εκκλησίας αυτής είναι έντονα επηρεασμένες από τη δυτική τέχνη, ιδιαίτερα στην εικονογραφία. Έχουν όμως και έντονο λαϊκό χαρακτήρα. Γι’ αυτό οι τοιχογραφίες μπορούν να χρονολογηθούν στο τέλος του 16ου αιώνα.