Главное сокровище Снетогорского собора — его фрески, выполненные вскоре после строительства, в 1313 году. Частично сохранившиеся росписи также повторяют программу Мирожского собора: в куполе помещено Вознесение, на восточной подпружной арке — Спас на убрусе, а алтаре — два ряда Службы святителей и Евхаристия. В верхней части стен южного рукава изображена история Богородицы, начиная с Ее Рождества, которому и посвящен собор. Стены храма наверху опоясывает евангельский цикл, от Благовещения до Пятидесятницы, а по сводам идут Страсти. Всю северную стену занимает огромная сцена Успения, а западную — Страшный суд, куда неожиданно включены фигуры пророков, в том числе Моисея, проповедующего иудеям, а в аду вместе с еретиками оказался и Святополк Окаянный. На восточных стенах боковых рукавов помещены преподобные иноки, что подчеркивает монастырский характер храма.

Судя по иконографическим и стилистическим новациям фресок, собор расписывали мастера из Византии или с Балкан. Скупой колорит снетогорских фресок, построенный на сочетании охры и белил, станет провозвестником новых живописных тенденций второй половины XIV века. Вместе с тем некоторые образы, например лица с тяжелыми квадратными подбородками в Успении, напоминают более раннюю новгородскую стенопись.