Собор построен из кирпича в эпоху Ивана Грозного в характерных для этого времени формах. Четырехстолпный пятиглавый храм крестовокупольного типа поставлен на высокий подклет. Первоначально собор с трех сторон окружали двухъярусные галереи. Фасады расчленены лопатками на три прясла и завершены закомарами, отделенными карнизом от поля стены. В процессе реставрации 1960-х годах были заложены поздние окна, обрамленные барочными наличниками, восстановлены тесовые позакомарные кровли и покрытие глав лемехом. Внешнее декоративное убранство собора очень скупо. Только барабаны украшены легкой аркатурой. На откосах окон храма сохранились остатки орнаментальной и сюжетной живописи XVI века. Остальные росписи выполнены в XIX веке. Иконостас и иконы сгорели в 1812. году. В 2000-х годах собор реставрировался, главы были покрыты золочёными металлическими пластинами, имитирующим лемех.