Το Καθολικό της Ιεράς Μονής Καρακάλλου είναι αφιερωμένο στους πρωτοκορυφαίους Αποστόλους Πέτρο και Παύλο και βρίσκεται στο κέντρο της αυλής του περίκλειστου μοναστηριακού συγκροτήματος, ελεύθερο από όλες τις πλευρές. Όπως γνωρίζουμε από γραπτές πηγές αντικατέστησε προγενέστερο Καθολικό, για το οποίο τίποτε δεν είναι γνωστό. Το υφιστάμενο συγκρότημα είναι τριμερές και ολοκληρώθηκε σε δύο κύριες φάσεις: ο ναός και λιτή σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν σε μία ενιαία οικοδομική φάση το 1548. Εξ΄αρχής ή λίγο αργότερα οικοδομήθηκε και εξωνάρθηκας, ο οποίος στις αρχές του 18ου αιώνα αντικαταστάθηκε από νεότερο στον οποίο ενσωματώθηκε κωδωνοστάσιο.
Ο ναός τυπολογικά ακολουθεί το καθιερωμένο πρότυπο του αθωνικού ναού, χωρίς καμία πρόθεση παραλλαγής ή διαφοροποίησης. Η ευρύχωρη κιονοστήρικτη λιτή είναι σχεδόν τετράγωνη σε κάτοψη και έχει εμβαδόν σχεδόν ίσο με εκείνο του κυρίως ναού. Η κάλυψή της γίνεται με τέσσερα σταυροθόλια και δύο τρούλους που καταλαμβάνουν αντίστοιχα το νοτιοδυτικό και βορειοανατολικό γωνιαίο διαμέρισμα.
Η τοιχοδομία του συγκροτήματος, με εξαίρεση τον εξωνάρθηκα και το κωδωνοστάσιο, είναι εξολοκλήρου επιχρισμένη εξωτερικά. Οι εξωτερικές επιφάνειες διαρθρώνονται με τυφλά αψιδώματα που καταλαμβάνουν όλο το διαθέσιμο ύψος και ενσωματώνουν τα παράθυρα.
Ο ισοπλατής με τον υπόλοιπο ναό εξωνάρθηκας είναι διώροφος και έχει τριμερή διάταξη. Στο κεντρικό τμήμα του εδράζεται ο πύργος του κωδωνοστασίου που αναπτύσσεται καθ΄ ύψος με την προσθήκη δύο επιπλέον ορόφων. Αρχικά, ο εξωνάρθηκας φαίνεται ότι ήταν ανοικτού τύπου με μεγάλα τοξωτά ανοίγματα, διάταξη που επαναλαμβανόταν και στον όροφο. Σήμερα όλα τα τοξωτά ανοίγματα είναι τοιχισμένα. Τα μεγάλα ανοίγματα, για πρακτικούς προφανώς λόγους, περιορίστηκαν σε μικρά ορθογώνια παράθυρα, τοξωτά στην κάτω στάθμη και ορθογώνια στον όροφο.
Η τοιχοδομία του εξωνάρθηκα παραμένει ανεπίχριστη και μας επιτρέπει να εκτιμήσουμε την εργασία ενός έμπειρου οικοδομικού συνεργείου. Φαίνεται ότι εξ αρχής υπήρξε η επιλογή η εξωτερική τοιχοποιία να παραμείνει εμφανής, καθώς είναι ιδιαίτερα επιμελημένη. Σε γενικές γραμμές ακολουθείται ένα ατελές πλινθοπερίκλειστο σύστημα με αδρά λαξευμένους λίθους και ιδιαίτερη έμφαση στην κατασκευή των τόξων, όπου εναλλάσσονται πλίνθοι με λίθινους θολίτες. Επιπρόσθετα, στα μέτωπα ανάμεσα στα τόξα τοποθετούνται εφυαλωμένα πινάκια και πλίνθινοι σταυροί. Το έτος ολοκλήρωσης της οικοδόμησης του εξωνάρθηκα ΑΨΙΔ΄ (=1714) αναγράφεται σε λίθινη ανάγλυφη επιγραφή στην οποία μνημονεύονται τα ονόματα των κτητόρων Νικοδήμου προηγουμένου και Γερασίμου ιερομονάχου από την Σινώπη του Πόντου.
Το τέμπλο του ναού είναι ξυλόγλυπτο, επιχρυσωμένο και η χρονολόγησή του παραμένει ασαφής. Αν και τοποθετήθηκε μετά την τοιχογράφηση του ναού, ενσωματώνει παλαιότερες εικόνες όπως εκείνες του επιστυλίου που χρονολογούνται στα μέσα του 16ου αιώνα. Οι τέσσερις κεντρικές δεσποτικές εικόνες είναι έργα του Διονυσίου του εκ Φουρνά που χρονολογούνται το έτος 1722 και αποτελούν εξαιρετικά δείγματα της τάσης επιστροφής στα παλαιολόγεια εικαστικά πρότυπα.
