Собор возведён без традиционного свайного основания и «представлял собой центрическое монументальное сооружение с пятью восьмигранными шатрами, центральный из которых поднимается на высоту 72,5 м. В декоре фасада сочетались элементы разных[каких?] архитектурных стилей. План собора имел эклектический характер»[9].
Кроме икон, написанных московским иконописцем Фёдором Соколовым, в храм привезены иконы из ликвидированного после пожара Макарьевского монастыря. В храме находилась чудотворная икона Божией Матери и Животворящий Крест Господень.
В 1940-е годы произошёл пожар, уничтоживший интерьер в здании собора и роспись на потолке и стенах храма. После этого остатки внутренней штукатурки сбиты[источник не указан 108 дней].
Во время реставрационных работ в 1990-е годы пришлось разработать новую конструкцию иконостаса, так как секрет старых мастеров, установивших в XIX веке 23-метровый иконостас, открыть не удалось[источник не указан 108 дней]. В октябре 2009 года завершена роспись молельной комнаты в Автозаводском интернате для детей с проблемами развития[10], который с конца 1990-х годов ормляется приходом собора[10]. В 2010 году начались работы по внутренней росписи[11][12], общая площадь которой занимает 11 тыс. м²