Однокупольний, хрестоподібний собор поєднав у собі елементи різних стилів, таких як ренесанс, бароко та класицизм.
У підстави барабану з позолоченим куполом розміщено чотири 3-метрові скульптури апостолів — по одній на кожний кут. їх об’єднує балюстрада чорного кольору. На фасадах та карнизах є багато ліпних деталей, які зачаровують майстерністю, з якою вони зроблені.
Дзвіниця собору зроблена у стилі бароко. Два яруси примикають до притвору, три інших — чотирикутні башти. Завершується дзвіниця невеликим сферичним куполом з фігурами святих. Уся споруда спрямована вгору, що підтверджує побудова її ярусів.
У середині храму можна побачити ліпнину по мармуру та багато художніх робіт на біблійну тематику. Іконостас було зроблено з білого мармуру та малахіту.
Двох’ярусний собор був зведений у центрі міста, на місці дерев’яної церкви. Перший архітектор, який спроектував храм, невідомий. У середині XIX століття будівля почала псуватися, тому у 1858 році вона була дещо перебудована та перетворилася з двох’ярусної на одноповерхову. Проте сучасного вигляду, такого, яким ми знаємо собор зараз, споруда тоді ще не набула. З 1882 по 1892 рік була проведена капітальна реконструкція храму, під керівництвом М. Ловцова, який тоді був академіком архітектури. Меценатами відновних робіт були сумські купці Микола та Дмитро Суханови. До собору було добудовано 56-метрову дзвіницю, на якій було встановлено куранти. Але їх було пошкоджено під час громадянської війни. І лише у 1947 році куранти були від-реставровані працівниками заводу ім. Фрунзе: І. П. Ліщинським, І. І. Нікітіним, А. І. Нікітіним та В. І. Балоненком. З того часу куранти заводять лише раз на три доби і цим вони значно досконаліші від кремлівських, котрі заводять раз на 12 годин.
Слід відзначити, що у храмі майстрами було гарно виконано внутрішній інтер’єр та розпис іконостасу. Живописні роботи на біблійні теми були виконані відомими російськими художниками Клавдієм Васильовичем Лебєдєвим та Маковським Володимиром Єгоровичем (3 довідника; 284 сл.).