Die Christusgeburt-Kathedrale, die auf dem Gelände der Festung erbaut wurde, war bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts das zentrale Element ihrer Bebauung. Die anderen Gebäude lagen um sie herum entlang des Perimeters der befestigten Zitadelle. Die Kathedrale wurde an der Stelle der hölzernen Kirche der Lebensspendenden Quelle errichtet und ist eines der ältesten Denkmäler der Stadt, das bis heute erhalten geblieben ist.

Zusammen mit dem Spasskaja-Turm aus dem späten 17. Jahrhundert und der 1866-1872 erbauten Kazan-Kathedrale bildet sie ein ausdrucksvolles architektonisches Ensemble am hohen linken Ufer des Flusses Syzran. Die Christusgeburt-Kathedrale, die mit Mitteln des Kaufmanns A.V. Kandalajew im Stil des Naryschkin-Barock erbaut wurde, diente bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts als Vorbild für den Stil der lokalen Kultarchitektur. Dies wird durch das Erscheinungsbild späterer Pfarrkirchen bestätigt, die in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts aus Stein anstelle von Holz erbaut wurden.

Der Plan der Christusgeburt-Kathedrale basiert auf einer dreiteiligen Komposition: die eigentliche Kathedrale mit einem dreichorigen Altar, die Trauungshalle, die entlang der Längsachse angeordnet sind. Der zentrale Teil der Kathedrale ist nach dem zu dieser Zeit beliebten Schema "Achtkant auf Viereck" gestaltet. Das Sockel des verputzten Backsteingebäudes ist mit zwei Halbbögen verziert. Die Trauungshalle hat ein Satteldach mit einem Giebel an der Stirnseite. Der Achtkant, der mit kleinen rechteckigen Fenstern durchbrochen ist, endet mit einer leicht abgeflachten Kuppel. Den Abschluss des Bauwerks bildet eine facettierte Zwiebelhaube auf einem achteckigen Hals, der mit schmalen rechteckigen Nischen dekoriert ist. Ein Glockenturm wurde nicht an der Kathedrale errichtet, da sich die Glocken im Spasskaja-Turm befanden.

Im Inneren sind der Hauptraum und der Altar durch drei Bogenöffnungen verbunden. Der Tempel ist mit einem geschlossenen achtjochigen Gewölbe auf Trompen überdeckt, während die Apsis und die Trauungshalle mit Kasten-Gewölben mit Ausklinkungen über den Fenstern versehen sind. Die Ecken des Vierecks, der Trauungshalle und die Verbindungen der Apsiden sind außen durch Lisenen betont, die mit Breiten verziert sind. Die Hauptvolumen sind mit Gesimsen und Reihen kleiner Konsolen umgeben. Rechteckige Fenster und Türöffnungen sind mit Rahmen und bogenförmigen Sandriken umrandet, mit Ausnahme des Haupteingangs mit halbrundem Abschluss und Archivolte. Insgesamt gibt es 17 Fensteröffnungen mit feiner quadratischer Gliederung: vier in der Trauungshalle, drei im zentralen Viereck, vier im Achtkant und drei im Altarbereich. Die asymmetrische Anordnung der Fenster im Viereck erinnert an die Traditionen der Architektur des 17. Jahrhunderts. Somit ist die Christusgeburt-Kathedrale eine Kombination aus altrussischen Traditionen und dem neuen barocken Stil.