Собор расположен на верхней площадке монастырского комплекса к югу от входа, западным портиком встроен в прясло крепостной стены. Он стоит на месте бывшей Брусовой башни, разрушенной в 1581г., остатки которой были разобраны в первой четверти XIX в. Здание выдержано в традициях русского классицизма, квадратное в плане, однокупольное с тремя 4-х колонными портиками и полукруглым алтарем. С западной стороны сделан прямоугольный притвор с хорами. В узлах планового креста поставлены 4 пилона, на подпружных арках которых установлен мощный световой барабан перекрытый куполом. Рукава креста перекрыты коробовыми сводами, в пазухах креста палатки "Г"-образные в плане, они перекрыты перпендикулярно идущими малыми коробовыми сводами. В притворе перекрытие коробовым сводом с распалубками над широкими нишами в торцевых стенах. Портики дорического ордера имеют триглифо-метопный фриз и простые треугольные фронтоны. На апсиде сделаны ниши и продолжен пояс карниза. Внутри здание расписано масляными красками. Здание храма построено из кирпича, оштукатурено и побелено. Пол выложен из мозаичных плит. Основные габариты: длина - 37 м., ширина - 35 м ( с портиками и летсницами). Сам четверик - длина 30 м., ширина 17 м.