На иконе изображены три ангела, сидящие за престолом, на котором стоит чаша с головой тельца, приносимого в жертву. На фоне представлены дом (палаты Авраама), дерево (дуб Мамврийский) и гора (гора Мориа). Фигуры ангелов расположены так, что линии их фигур образуют как бы замкнутый круг. Они сидят, слегка склонив головы, и смотрят вдаль. Композиционным и смысловым центром здесь выступает чаша. Она трактуется как символ евхаристии, а ветхозаветный телец — предтеча агнца из Нового завета. Руки среднего и левого ангелов направлены к чаше с благословляющим жестом. В иконе нет активного действия и движения — фигуры словно застыли в неподвижном созерцании, а их взгляды устремлены в вечность.
Стремясь раскрыть догматическое учение о Святой Троице, Рублёв отказался от традиционных повествовательных деталей, которые обычно включались в изображения "Гостеприимства Авраама". Нет Авраама и его жены Сарры, сцены заклания тельца, атрибуты трапезы сведены к минимуму: ангелы представлены не вкушающими, а беседующими. "Жесты ангелов, плавные и сдержанные, свидетельствуют о возвышенном характере их беседы". В иконе всё внимание сосредоточено на безмолвном общении троих ангелов.
"Формой, наиболее наглядно выражающей представление о единосущии трёх ипостасей Святой Троицы, в иконе Рублёва становится круг — именно он положен в основу композиции. При этом ангелы не вписаны в круг — они сами образуют его, так что взгляд наш не может остановиться ни на одной из трёх фигур и пребывает, скорее, внутри того пространства, которое они собой ограничивают. Смысловым центром композиции является чаша с головой тельца — прообраз крестной жертвы и напоминание об Евхаристии (силуэт, напоминающий чашу, образуют также фигуры левого и правого ангелов). Вокруг чаши, стоящей на столе, разворачивается безмолвный диалог жестов".
Существуют различные точки зрения на то, какое Лицо Святой Троицы символизирует каждый из ангелов. Концепции, что слева от зрителя изображен Бог Сын, в центре — Бог Отец, справа — Святой Дух.