Святодуховская церковь была сооружена в несколько приемов. Древнейшей ее частью является хор; он относится, вероятно, к концу XIII в. Композиционное решение здания довольно необычно — главное помещение здесь двухнефное, хор расположен не по центральной осп, а является как бы продолжением северного нефа. Хор представляет собой характерную постройку переходного стиля, продольная же часть построена в первой половине (пли середине) XIV в. Можно предположить, что вначале было намерение пристроить к хору однонефную продольную часть, но потом от этой мысли отказались и решили соорудить более обширный храм. Построить трехнефную церковь, то есть расширить помещение к северу, оказалось невозможным, так как здесь проходила Святодуховская улица (теперь улица Сяде), в конце которой, вдоль городской стены на Русской улице, были расположены подворья цистерцианских монастырей в Кяркна, Даугавгрива и в Рума (на о. Готланд). Святодуховская улица имела, таким образом, большое значение — по ней шел кратчайший прямой путь от этих подворий на Тоомпеа — к собору и к епископскому замку. Застроить эту улицу было, конечно, нельзя, а изменить ее направление было тоже невозможно, так как, вероятно, и другая (северная) сторона Святодуховской улицы была занята постройками. В результате всего этого и пришлось довольствоваться таким весьма необычным решением проблемы.

Двухнефность Святодуховской церкви приходится рассматривать как нечто случайное, единичное, нетипичное. Церковь перекрыта сводами без нервюр, опирающимися на столбы квадратного сечения. Под хором имеется погреб; его устройство было продиктовано местоположением церкви — на покатом склоне холма. Этот подвал не имел сообщения с церковным помещением и не служил криптой.