Ο μητροπολιτικός ναός του αγίου Αθανασίου βρίσκεται βόρεια του λόφου Λιθαρίτσια κοντά στην συνοικία Σιαράβα , περιοχή στην οποία θα μετακινηθούν οι χριστιανοί κάτοικοι του κάστρου μετά την αποτυχημένη εξέγερση του 1618 . Πρώτη αναφορά για παρουσία ναού στο σημείο αυτό έχουμε από έγγραφα του 1619 και του 1664 όπου αναφέρεται ως καθολικό μοναστηριού. Ο ναός θα καταστραφεί κατά την διάρκεια της πολιορκίας των Ιωαννίνων από τα στρατεύματα του Χουρσίτ πασά και θα κτιστεί ξανά το 1831-32 από το μητροπολίτη Ιωακείμ από το Μελένικο για να λάβει την μορφή την οποία έχει στις μέρες μας. Στὶς 21 Φεβρουαρίου 1913 θα τελεστεί εδώ η πανηγυρική δοξολογία για την απελευθέρωση της πόλης από τον Οθωμανικό ζυγό.

Αρχιτεκτονικά στοιχεία του ναού
Ο ναός ανήκει στον τύπο της τρίκλιτης βασιλικής. Το κεντρικό κλίτος είναι αφιερωμένο στον Άγιο Αθανάσιο, το βόρειο κλίτος είναι αφιερωμένο στον αρχάγγελο Μιχαήλ παλαιό πολιούχο και προστάτη της πόλης των Ιωαννίνων και το νότιο στον Ιωάννη τον Θεολόγο. Ο ναός χτίστηκε από τον Νικόλαο Πανταζή και από τους αδελφούς Γιόση μαστόρους με καταγωγή από την Βούρμπιανη ένα από τα ονομαστά Μαστοροχώρια του Γράμμου, οι οποίοι ήταν γνωστοί για την επιδεξιότητα τους στην κατασκευή θόλων. Οι τοιχογραφίες του ιερού ιστορήθηκαν από τους Γιαννιώτες αγιογράφους Θεοδόσιο και Κωνσταντίνο το 1835.
Ένα ακόμη δείγμα της τέχνης της όψιμης Οθωμανικής περιόδου , αποτελεί και το τέμπλο του αγίου Αθανασίου , χαρακτηριστικό δείγμα της ηπειρώτικης ξυλογλυπτικής.
Το περίτεχνα σκαλισμένο τέμπλο είναι έργο του Αναστασίου Σκαλιστή και των γιών του από το χωριό Τούρνοβο (Γοργοπόταμος ) Κόνιτσας.
Οι τεχνίτες αυτοί απέδωσαν με ιδιαίτερη λεπτομέρεια ένα σύνολο μοτίβων θρησκευτικού, και αποτροπαικού χαρακτήρα αλλά και ολόκληρες θρησκευτικές παραστάσεις. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον ως προς την τεχνική εμφανίζουν και ο ξυλόγλυπτος άμβωνας καθώς και ο επισκοπικός θρόνος. Στην συλλογή των κειμηλίων του ναού συγκαταλέγεται μια σειρά από σημαντικές φορητές εικόνες , αρχιερατικά άμφια και ιερά σκεύη ορισμένα από τα οποία αποτελούν δωρεές απόδημων Ηπειρωτών της διασποράς. Ανάμεσα τους ξεχωρίζει το αργυρό κάλυμμα ενός ευαγγελίου που κατασκευάστηκε το β μισό του 19ου αιώνα από τον Αθανάσιο Τζημούρη έναν από τους μεγαλύτερους «μαστόρους του ασημιού» με καταγωγή από την ορεινή κοινότητα των Καλαρρυτών.
Ο μεγάλος κεντρικός πολυέλαιος , καθώς και άλλοι τέσσερις μικρότεροι, είναι ρωσικής τεχνοτροπίας , κατασκευασμένοι στη Μόσχα και αποτελούν δωρεά των αδελφών Ζωσιμά. Στην Μόσχα είναι κατασκευασμένα επίσης και τα δυο μανουάλια της Ωραίας Πύλης, δωρεά του Γ. Χατζηκώνστα. Ρωσικής τεχνοτροπίας τέλος είναι και ένα μεγάλο ορειχάλκινο σκεύος το οποίο χρησιμοποιείται κατά την τέλεση του Μεγάλου Αγιασμού των Θεοφανείων.

Το παρεκκλήσιο του αγίου Γεωργίου
Στην βόρεια πλευρά του ναού κτίστηκε μετά το 1838 ένα μικρό παρεκκλήσι για να στεγάσει τον τάφο του νεομάρτυρα Γεωργίου, πολιούχου και προστάτη των Ιωαννίνων. Το σώμα του αγίου τοποθετήθηκε δίπλα στην είσοδο του ναού σε τάφο που σκεπαζόταν από ξύλινο μνημείο το οποίο με την πάροδο των χρόνων θα λάβει την μορφή που έχει σήμερα ως παρεκκλήσιο. Στον ανατολικό τοίχο διακρίνονται τέσσερις αγιογραφίες με παραστάσεις από την ζωή του αγίου οι οποίες χρονολογούνται στα μέσα του 19ου αιώνα.