Pe moșia Segarcea, s-a ridicat un mic schit, din lemn, în vremea lui Negru-Vodă. Mai apoi, în anul 1547, pe moșie a fost ridicată biserica de zid, închinată Adormirii Maicii Domnului. Aceasta a fost zidită în stil muntenesc, având o turlă pe naos, și o alta pe pridvorul deschis, de formă patrulateră.
În anul 1600, în timpul voievodului Mihai Viteazul, biserica a fost înconjurată și întărită cu ziduri masive din cărămidă, construite în formă de cruce.
Mănăstirea Segarcea se prezenta ca o cetate fortificată, drept pentru care era folosită ca loc de popas, de comercianții de sare, care mergeau spre Dunăre. De asemenea, în timpul atacurilor otomane, locuitorii din zonă se ascundeau în incinta mănăstirii, închizând porțile cele mari.
În perioada de stăpânire austriacă (1716-1739), Mănăstirea Segarcea a ars aproape în întregime, biserica având și ea mult de suferit. Abia pe la mijlocul secolului al XIX-lea, călugării din Alexandria au refăcut biserica, făcând și anumite modificări, precum anularea zidului dintre pronaos și naos.
În data de 11 decembrie 1863, odată cu secularizarea averilor mănăstirești, prin actul semnat de Alexandru I. Cuza, așezământul monahal din Segarcea a fost scos de sub posesia Patriarhiei de Alexandria, moșia acesteia trecând în posesia statului. Nu după multă vreme, mănăstirea a fost desființată, iar biserica acesteia a început a fi folosită ca biserică de parohie. Începând cu anul 1884, o parte din averea mănăstirii a fost dăruită regelui Carol I, fiind transformată în domeniu regal viticol.
Mănăstirea Segarcea are și astăzi o incintă dreptunghiulară. Pe laturile de sud și de vest se mai observă, în zid, urmele pereților perpendiculari, care compartimentau zona chiliilor. Poarta monumentală a mănăstirii, decorată în stil neo-baroc, a fost zidită în anul 1903.
De mari dimensiuni, biserica este zidită în formă de cruce, fiind împărțită în Altar, naos cu turlă, pronaos și pridvor deschis, peste care se înalță un turn-clopotniță. În partea vestică a naosului se observă încă cele două nișe laterale, acoperirea acestui spațiu fiind realizată printr-o boltă semicilindrică. Între naos și pronaos se află inițial un zid plin, care a fost demolat, la restaurarea din anul 1862.
Pronaosul este acoperit cu o calotă pe pandativi.
Intrarea în turnul-clopotniță de deasupra pridvorului se face printr-o ușă aflată pe peretele nordic al pronaosului, care cuprinde, în grosimea sa, și prima rampă de acces la acesta. Podul pronaosului a fost fortificat.
Pridvorul este acoperit cu o boltă semicilindrică transversală. El este deschis pe trei laturi, deschiderile având arcade în segment de cerc, sprijinite pe coloane octogonale din zidărie, cu parapet înalt. Cele două niveluri originare ale turnului cuprind, fiecare, câte două încăperi. Un al treilea nivel, de plan octogonal, cuprinde camera clopotelor. Ferestrele au fost modificate în a doua jumătate a secolului al XIX-lea, deschiderea actuală, în acoladă, mascând parțial pe cea inițiala, vizibilă din interior.
Exteriorul bisericii este lipsit de profile, cu excepția soclului, a brâului și a cornișei, care sunt toate adăugări din secolul al XX-lea.
