Ключевую роль в создании художественного убранства храма сыграл выдающийся русский художник Иван Яковлевич Билибин, живший тогда в эмиграции в Париже. Автор замечательных иллюстраций к русским сказкам и былинам охотно откликнулся на предложение сделать эскизы мозаик и фресок для пражского храма. Летом 1927 года на восточном фасаде появилась первая мозаика архангела Михаила, выполненная в пражской мозаичной мастерской Марии Фёрстровой по эскизу Билибина. Через год над главным входом установили большую мозаику Знамения Пресвятой Богородицы.
Работа над эскизами фресок для пражского храма по разным причинам затянулась почти на десятилетие. Судя по всему, Билибин закончил эскизы незадолго своего возвращения в Советский Союз осенью 1936 года. Однако получившийся результат, несомненно, стоил долгих лет ожидания. Выдающийся мастер исторической стилизации творчески переосмыслил традиционную православную иконографию и дополнил фрески совершенно неожиданными деталями. Например, в том месте, где в сцене Страшного суда обычно изображали грешников, самостоятельно выкарабкивающихся из могил, внезапно появляются царица подземного царства и морской царь верхом на сказочной рыбе. Причём рыба пытается съесть веточку петрушки, традиционный языческий символ загробного мира.
Воплотить эскизы Билибина в жизнь удалось только в годы Второй мировой войны. Это может показаться невероятным, но расписывать храм начали летом 1941 года, когда Прага была оккупирована гитлеровцами, Чехословакия фактически прекратила своё существование как независимое государство, а немецкие войска наступали на Москву. Бригаду художников из числа русских эмигрантов возглавила Татьяна Косинская. Основной объем росписей выполнили Андрей Рязанов и Ростислав Корякин при участии Михаила Ромберга, Ильи Шапова и Вацлава Гартмана. Выпускник пражской академии художеств Константин Пясковский исполнил по эскизу Билибина гигантскую фреску Страшного суда, занимающую всю западную стену храма. По иронии судьбы примерно в это же время выдающийся русский художник Иван Билибин умирал от голода в блокадном Ленинграде.