Храм не отапливался, действовал лишь с Пасхи до Покрова. Основной объем здания имеет почти кубическую форму, он накрыт пятью главами световых барабанов. Декор в стиле русского барокко поражает своей затейливостью. На портале над западным входом помещен вырезанный из белого камня двуглавый орел, а рядом с северным — упомянуто имя иконописца Афанасия Шустова «с ярославскими мастерами».

Три десятка мастеров ярославской школы трудились над росписью собора два лета — 1765 и 1766 года. Алтарь храма украшают «Троица Новозаветная», «Распятие», «Богоматерь Знамение», «Великий вход», «Поклонение жертве». В нишах алтарных окон размещены «Деисус» и «Господь Саваоф». На стенах и сводах изображены семь Вселенских соборов, иллюстрации ветхозаветной книги «Песнь Песней», цикл евангельских чудес и притч, праздничный цикл. Каждая из работ своим исполнением говорит о незаурядности и индивидуальности выполнившего ее мастера.