Спочатку це була дерев’яна споруда, яку потім замінили кам’яною. Сталося це в 1689 році, тоді ж собор був освячений. Він являє собою трибанну церкву, встановлену на теплому зимовому храмі, що характерно для російської церковної архітектури. Верхня холодна церква оточена галереєю – "опасанням" – і об’єднувалася "гульбищем" з шатровою дзвіницею. Легкі форми церкви контрастують з суворою прямотою дзвіниці. Зовні церква прикрашена фактурним ліпленням в стилі бароко, а всередині інтер’єр створюють глибокі ніші і барвисті розписи українського художника Бунакова (вчителя І. Ю. Рєпіна). Нижній храм був раніше Трьохсвятительським, а потім став Хрестовождвиженським. У дзвіниці собору встановлено дзвін вагою 1,6 тонни.