Die dreiköpfige Steinkathedrale, die der Verehrung des ehrwürdigen Gewandes der Heiligen Gottesmutter in Vlaherne gewidmet ist, befindet sich neben den Heiligen Toren. Sie wurde im 16. Jahrhundert erbaut, und ihre Datierung variiert: Einige glauben, dass es die erste Hälfte des Jahrhunderts ist, andere, dass es das Jahr 1560 ist.

Laut einer der Versionen wurde die Kathedrale in den 1520er Jahren von einem nahen Boyaren des Großfürsten Wassili Iwanowitsch, Iwan Shigonej-Podzhogin, errichtet. Es handelt sich um einen vergleichsweise kleinen Tempel, einer der ersten säulenlosen in der mittelrussischen Architektur. Er ist mit einem geschlossenen Gewölbe mit Entlastungsbögen bedeckt, was sich in den Fassaden widerspiegelt, die mit Zakomaren abgeschlossen sind. Die glatten Fassaden, die mit einfachen Fensteröffnungen durchbrochen sind, sind mit einem Fries aus großen fünfseitigen Nischen geschmückt, die von dünnen horizontalen Profilen begrenzt werden. Der obere Teil der Tamboure der Kuppeln ist ebenfalls mit paarweise angeordneten Nischen verziert. Aufgrund der säulenlosen Konstruktion der Kathedrale mussten die Kuppeln erheblich erleichtert werden, was zur Schaffung ungewöhnlicher, schmaler und hoher Tamboure führte, die mit helmförmigen Abschlüssen gekrönt sind.

Im Jahr 1586 wurde der Kathedrale ein nördliches Seitenkapelle hinzugefügt. Im Jahr 1688, gleichzeitig mit dem Bau der Heiligen Tore, umgaben die Architekten Iwan Mamin, Andrei Schmakov und Iwan Grjaznov den Tempel von Süden und Westen mit einer reich verzierten Galerie. Besonders hervorzuheben ist die Westwand der Vorhalle, die mit ausdrucksvollen Pilastern, einem prächtigen Portal und Fliesen mit weißer, grüner, gelber und brauner Glasur geschmückt ist.

Nach dem Brand von 1769 wurde die Inneneinrichtung der Kathedrale vollständig erneuert. W. T. Georgiewski bemerkte 1900, dass "Zeit und Brände alles Alte zerstört haben, sowohl den Ikonostase als auch die Ikonen. Der gegenwärtige Ikonostase, der in den 40er Jahren des 19. Jahrhunderts geschaffen wurde, ist vierstöckig, mit Säulen und großer Schnitzerei, rot gestrichen und vergoldet, stellt nichts Stilvolles dar, ist schwer und von ziemlich mittelmäßiger Tischlerarbeit."

Im 19. Jahrhundert wurden die helmförmigen Kuppeln des Tempels durch zwiebelförmige ersetzt. 1929 wurden die Tamboure vollständig abgerissen, da im Tempel eine Elektrozentrale untergebracht wurde. Das historische Erscheinungsbild des Tempels wurde während der Restaurierung von O. G. Guseva im Jahr 1964 maximal wiederhergestellt. An der Schwelle zum Jahrtausend wurde die Kathedrale erneut aktiv, und im Jahr 2015 kehrte die Hauptheiligkeit, die Reliquien der heiligen Euphrosyne von Suzdale, zurück.