Существующий собор, известный также под именем Петропавловской церкви, выстроен на кремлевском холме в 1849 году по чертежам архитектора Ф.Шестакова на подклете белокаменного Никольского собора рубежа XIV-XV веков. Кирпичный с белокаменным убранством четырехстолпный храм воспроизводит объемные и декоративные формы своего предшественника в трактовке XIX века. Фасады по середине высоты опоясаны лентой резного каменного орнамента и поребрика. Двойная орнаментальная лента венчает и барабан. В верхней части фасадов воспроизведены очертания киливидных закомар. Здание изобилует деталями в стиле памятников раннемосковского зодчества. Воссозданные формы древнего собора позволяют судить об утраченных ранних памятниках Можайска XIV-XV веков.