Будівництво храму в стилі зрілого класицизму за проектом А. Мельникова тривало упродовж п’яти років. Стіни було зведено з вапняку й бутового каменю. Висота куполу, прикрашеного коринфськими пілястрами, дорівнює 50 метрам. Внутрішнє оформлення собору виконано в стилі романтизму. Розписував собор художник П. Піскарьов за ескізами Васнецова в 1912–1914 роках. 26 січня 2012 сталася пожежа, приміщення храму сильно постраждало, однак нині собор майже цілком відреставровано.