Центральная церковь монастырского ансамбля Осиос Лукас (Преподобного Луки), кафоликон, была построена с южной стороны храма Богородицы как место упокоения мощей преподобного Луки. Кафоликон представляет собой один из так называемых «материковых октагональных храмов». Он является образцом, по которому были построены все последующие храмы такого типа. Октагональные храмы являются крестовокупольными, октагональным, то есть восьмиугольным, является только сам барабан купола, тогда как центральное пространство - четырехугольное.

Кафоликон монастыря Осиос Лукас имеет огромный(диаметром 9 м) купол и расширенное пространство под ним. Купол установлен на восьми стенах барабана, которые связаны четырьмя большими арками, соединенными между собой огромными парусами. Северо-восточный придел отличается от остальных тем, что в нем находится мраморная рака преподобного. Эта часть кафоликона связана переходом с храмом Богородицы, который упрощает проход паломников. Вместе с храмом в свое время была построена крипта, где первоначально был захоронен преподобный Лука.

В крипте находятся еще две могилы, в которых захоронены заслуженные игумены монастыря.