Οι τοιχογραφίες του Δαμανδρίου ανακαλύφθηκαν μετά το 1932 και είναι απ’ τις σημαντικότερες του νησιού. Χρονολογούνται απ’ τον 16ο περίπου αιώνα και μερικές έχουν μάλλον επιζωγραφιστεί κατά τον 18ο αιώνα από ένα Χιώτη την καταγωγή ζωγράφο, ο οποίος υπογράφει «1733 Μιχαήλ Χωματζάς εν Χίω τάχα και ζωγράφος» Για την αξιολόγησή τους αναφέρουμε τη γνώμη του Λέσβιου την καταγωγή καθηγητή του Πανεπιστήμιου της Θεσσαλονίκης, Γεωργίου Γούναρη, ο οποίος για όλες τις τοιχογραφίες του νησιού του 16ου αιώνα έχει την άποψη ότι είναι έργο καλλιτεχνών που
προσκλήθηκαν στο νησί και «οι περισσότερες έχουν φιλοτεχνηθεί από έμπειρους αλλά ασφαλώς όχι πολύ μεγάλης αξίας αγιογράφους, οι οποίοι εργάζονταν με την κρητική τεχνοτροπία της διασποράς» Οι αγιογράφοι προέρχονταν από τη Βόρειο Ελλάδα και πιθανότατα από το Άγιο Όρος.
Χαρακτηρίζονται όμως, οι τοιχογραφίες του Δαμανδρίου, από διάφορους μελετητές ως οι πλέον αξιόλογες της Λέσβου.
Υπάρχουν μεγάλες φθορές εξαιτίας της υγρασίας και ευτυχώς που πριν από δύο χρόνια έγινε στερέωσή τους. Φθορές είχαν προκαλέσει και ανθρώπινα χέρια (αλλόθρησκων Τούρκων) οι οποίοι έβγαλαν τα μάτια μερικών αγίων (ιδιαίτερα των στρατιωτικών) και προξένησαν χτυπήματα με οξύ αντικείμενο. Αυτές οι ανθρώπινες πληγές είχαν ως αποτέλεσμα να τις ασβεστώσουν οι χριστιανοί για να τις προστατεύσουν και να αποκαλυφθούν από έρευνες του Μητροπολίτη Μυτιλήνης.
Στο νάρθηκα υπάρχει μια μοναδική τοιχογραφία, στη νότια πλευρά του, που παριστάνει τον Άγιο Γεώργιο στο άλογό του με το προσωνύμιο «ο ταχύς». Πρόσφατες έρευνες, (2008) κατά τη διαδικασία στερέωσης των υπόλοιπων αγιογραφιών απέδειξαν ότι δεν υπάρχουν στον νάρθηκα άλλες τοιχογραφίες, όπως νομίζονταν.
Η παρουσία του Αγίου Γεωργίου και μόνο στο νάρθηκα ενισχύει την άποψη ότι στο μοναστήρι κατέφυγαν οι μοναχοί από το γειτονικό μοναστήρι του Αγίου Γεωργίου στα «Παλιομονάστηρα», μετά την καταστροφή του.
Στο ιερό κυριαρχεί η «Πλατυτέρα» στο πάνω μέρος της κόγχης του με αγγέλους απ’ τη μια και την άλλη πλευρά της. Στην πρόθεση υπάρχουν δυο εικόνες του Χριστού, σταυρωμένου κάτω και σε θρόνο στο πάνω μέρος. Στο δεξιό τοίχο (νότιο) δεσπόζει μια πολυπρόσωπη σύνθεση της γέννησης του Χριστού. Τέλος στην άλλη κόγχη (νιπτήρας) στη βόρεια πλευρά του ιερού υπάρχει η μορφή του Αγίου Στέφανου.
Στον κυρίως ναό και στη δεξιά (νότια) πλευρά υπάρχουν αρκετές τοιχογραφίες.
Άλλες ολόκληρες και άλλων μεγάλα τμήματα. Ξεχωρίζουν του Μυστικού δείπνου και του νιπτήρα κοντά στο τέμπλο ενώ προς την άλλη άκρη η προσευχή στη Γεσθημανή, η άρνηση του Πέτρου, το ανέβασμα στο Σταυρό και χαμηλότερα των Αγίων Θεοδώρων Τήρωνος και Στρατηλάτου και των Αποστόλων Πέτρου και Παύλου.
Στην απέναντι πλευρά (βόρεια) η καταστροφή είναι σε πολύ μεγαλύτερη έκταση. Διακρίνονται τμήματα από αρκετές τοιχογραφίες και σχεδόν ολόκληρες η γέννηση και τα εισόδια της Θεοτόκου, ο εμπαιγμός
και οι άγιοι Αρσένιος, Σάββας και Ευθύμιος.
Στη δυτική πλευρά, όπου και η είσοδος του ναού, διασώζονται οι περισσότερες τοιχογραφίες. Δεξιά της εισόδου καθώς μπαίνεις είναι ο Αρχάγγελος Μιχαήλ και δίπλα του ο άγιος Μερκούριος. Στο χώρο πάνω από την είσοδο υπάρχει η κοίμηση της Θεοτόκου και πιο πάνω η Σταύρωση και τριγύρω εικόνες από την προδοσία, το ανέβασμα στο Σταυρό, το διαμερισμό των ιματίων και την αποκαθήλωση. Επίσης υπάρχει και το μοναδικό πρόσωπο της παλαιάς Διαθήκης, ο Μωυσής.
Κυρίαρχη εικονογράφηση είναι αυτή της Κοίμησης της Θεοτόκου, όπου εκτός αυτής στην κλίνη, εικονίζονται δυο άγγελοι που την αναλαμβάνουν στους Ουρανούς, οι Απόστολοι κλαίοντες, ο Χριστός με αγγέλους και τη ψυχή της Μητέρας του στα χέρια, ο Αρχάγγελος που κόβει τα χέρια του ασεβή Ιεφώνιου, που προσπάθησε να ανατρέψει την επιθανάτια κλίνη, ο αρχιδιάκονος Στέφανος, τέσσερις γυναίκες και οι άγιοι Δαμασκηνός και Κοσμάς με ειλητάρια στα οποία αναγράφονται αποσπάσματα σχετικών ωδών.
Οι τοιχογραφίες χρειάζεται και πρόκειται σύντομα να υποστούν «αναγέννηση» από κλιμάκιο του Υπουργείου Πολιτισμού.
