Согласно православному преданию появление Нерукотворного образа было знаком милости к эдесскому царю Авгарю, страдавшему тяжким неизлечимым недугом. После того как посланный царем художник Анания не сумел написать портрет Христа, Спаситель умыл Свое лицо и приложил к нему плат (убрус), на котором остался отпечаток лика. Плат был вручен Анании вместе с письмом для царя, содержавшим исповедание новой веры. После получения реликвий уверовавший во Христа Авгарь получил исцеление.

Святой плат, называемый в греческом варианте мандилион, был торжественно перенесен из Эдессы в Константинополь в 944 году и помещен в церкви Богоматери Фаросской, где хранились многие прославленные христианские святыни, в том числе – большие части Креста Господня, терновый венец, копие и гвозди, багряница и погребальные пелены. Некоторые из этих предметов показаны на обороте новгородской иконы в композиции «Поклонение Кресту».

Если Нерукотворный образ традиционно воспринимался как свидетельство о Боговоплощении, о пришествии Сына Божия в мир в человеческом образе, то сюжет на обороте иконы должен был напоминать о главной цели Боговоплощения – спасении человеческого рода через искупительную жертву. Центром композиции является Крест, увенчанный венцом и водруженный на Голгофе с пещерой, в которой находится череп Адама. По сторонам от Креста преклоняют колени архангелы Михаил и Гавриил, держащие орудия Страстей: копие и трость с губкой, пропитанной желчью. Вверху представлены два серафима с рипидами, два херувима и профильные изображения в кругах, олицетворяющие солнце и луну.

Лик Спаса отличает строгий и сдержанный рисунок – классически правильный, но вместе с тем изысканный. Почти идеальная симметрия (ее нарушает лишь чуть приподнятая левая бровь) подчеркивает условность избранного иконографического типа. Таким же сдержанным является и колорит, построенный на тонком сочетании светлой и золотистой охры, оливковых притенений и неяркой подрумянки. Ветви креста на нимбе были украшены ярким орнаментом, имитировавшим драгоценные камни оклада (в настоящее время от него сохранились лишь незначительные фрагменты).

Изображения на обороте выполнены в значительно более экспрессивной манере: хрупкие, как бы парящие фигуры, стремительно развевающиеся складки, исчерченные сложным рисунком пробелов, резкие световые блики на ликах. Подобные живописные приемы характерны для очень многих византийских и русских памятников конца XII века. Примечательно, что в результате технико-технологических исследований была доказана принадлежность изображений на лицевой и оборотной сторонах иконы двум разным мастерам, работу которых разделял интервал не более 10–15 лет.

Выносная двусторонняя икона «Спас Нерукотворный» происходит из Успенского собора Московского Кремля, куда она, скорее всего, была привезена в середине XVI века из Новгорода. До этого, как предполагают исследователи, икона могла находиться в новгородской церкви Святого Образа на Добрыниной улице, известной по летописям с первой половины XII века. Нельзя исключить, что исполнение иконы могло быть связано с обновлением этого храма в 1191 году.