Изначально храм имел трехярусную форму, но в 1938-1939 годах во время росписи форма была изменена. На протяжении всего существования храма его стены, потолки и купола расписывались выдающимися художниками, а иконы писались местными мастерами-позолотчиками, чеканщиками и живописцами.Сегодня это классическое церковное каменное сооружение в виде креста с шатровым куполом. Особого внимания заслуживает пятиярусная колокольня Вознесенского собора высотой 40 метров и весом своего самого большого из восьми куполов, равным более шести тонн. Вознесенский собор в Белгород-Днестровском хранит в своих стенах редкие иконы и уникальные росписи, частицу мощей святого Иоанна Сучавского, которая была перевезена из города Сучавы, что в Румынии.