Храм возведен в 1806-1818 годах. Колокольня построена в 1830-х годах по проекту Биндермана А. Е., и А. Воронихина (с отклонением от проекта в архитектурном оформлении четвертого яруса). Здание собора разделено на два этажа: верхний храма – летний, нижний – зимний. Квадратный в плане четырехстолпный объем пятикупольного храма обогащён прямоугольной в плане алтарной апсида с востока и трапезной с запада, ризалитами притворов северного и южного фасадов. К западному фасаду примыкает четырёхъярусная колокольня.
Кирпичный храм возведён на фундаменте из бутового камня. Стены первого этажа и углы основного объема обработаны рустом. Северный восточный и южный фасады по центру обработаны четырёхколонными портиками тосканского ордера с полуциркульными арочными проемами в верхней части, увенчанными треугольными фронтонами. Фасады первого этажа по периметру обработаны прямоугольными нишами с полуциркульными завершениями. В центральных интерколумниях портиков, а также слева и справа по фасадам на уровне второго этажа стены прорезаны тройными итальянскими окнами. На уровне третьего этажа по центральной оси портиков прорезаны полуциркульные окна – люнеты. Между оконными проемами второго и третьего этажей по фасадам расположены прямоугольные филенки. Арочные завершения портиков северного, восточного и южного фасадов декорированы круглыми нишами. Центральный световой барабан прорезан по сторонам света трехчастными итальянскими окнами, угловые световые барабаны – прямоугольными с полуциркульным завершением окнами. Полусферические купола угловых барабанов увенчаны фигурными главками, подобное же более крупная главка центрального купола покоится на малом световом барабане.
Первый, второй и третий ярус колокольни квадратные в плане. Первый ярус колокольни фланкирован с севера, запада и юга портиками из четырех трехчетвертных колонн тосканского ордера, прорезанными в верхней и нижней части серного и южного фасадов, а также верхней части западного фасада люнетами. В нижней части западного фасада колокольни прорезан прямоугольный проем входа. Второй и третий ярусы колокольни прорезаны по сторонам света арочными проемами звона, обработанными во втором ярусе двойными колонами трехчетвертными колонами ионического ордера, в третьем ярусе пилястровыми портиками тосканского ордера. Четвертый ярус, в плане прямоугольный с закругленными углами прорезан в полуциркульных фронтонах по сторонам света небольшими люкарнами и увенчан главкой со шпилем. Здания собора колокольни сооружены в стилевых формах высокого классицизма с использованием отдельных мотивов раннего классицизма (силуэт купольных завершений световых барабанов храма и четвертого яруса колокольни).