Aus dem Leben des heiligen Pafnutij ist bekannt, dass die neue steinerne Kirche, die anstelle der früheren hölzernen Kirche errichtet wurde, von den Ikonenmalern Mitrophan und Dionysius bemalt wurde. Die Kathedrale war so prächtig, dass selbst die Moskauer Fürsten von ihr begeistert waren. Der weiße Steinkirche bestand etwas mehr als hundert Jahre.

Am Ende des 16. Jahrhunderts wurde auf Befehl und mit Mitteln von Zar Fjodor Iwanowitsch anstelle der alten weißen Steinkirche eine neue Backsteinkirche erbaut, die 1589 geweiht und nach der Geburt der Heiligen Gottesmutter benannt wurde. Fünf Kuppeln der Kathedrale, im Helmstil gestaltet, verliehen ihr Strenge und Majestät. Der Altar wurde zunächst durch eine Backsteinmauer getrennt, die später durch einen Ikonostase ersetzt wurde. Im südlichen Teil des Altares wurde hinter der Backsteinmauer eine Kapelle zu Ehren des heiligen Theodor Stratilat eingerichtet, und an die nordliche Wand grenzte die Kirche zu Ehren der heiligen Märtyrerin Irina. Diese Namen wurden zu Ehren der himmlischen Schutzpatrone von Zar Fjodor und der Zarin Irina, der Schwester von Boris Godunow, gewählt. Die Kreuze auf der Kathedrale sind mit königlichen Kronen geschmückt, was den Schutz des Zaren unterstreicht.

Es ist bekannt, dass Fjodor Iwanowitsch diesen Ort 1592 und 1595 zum Gebet besuchte. Im Laufe von 400 Jahren wurde die Kathedrale mehrfach verändert. In der Mitte des 17. Jahrhunderts wurden auf drei Seiten Vorhallen gebaut, die später die Fenster veränderten. Im 17. Jahrhundert wurden Kuppeln hinzugefügt, die die helmförmigen Abschlüsse ersetzten, damit die Kathedrale in der Höhe mit dem neuen hohen Glockenturm übereinstimmte. 1837 wurde an die Rückwand ein Backsteinspeisesaal angebaut, der bis heute erhalten ist. Der Unterschied in ihrem Bau beträgt 250 Jahre. Während der Restaurierung wurde beschlossen, den Speisesaal zu erhalten und zu erneuern, um die Veränderungen der architektonischen Formen nachzuvollziehen. Der Anbau, der im späten Klassizismus ausgeführt wurde, ist das jüngste Bauwerk des Klosters. In den Jahren 1997-1998 wurde dort eine Kapelle zu Ehren des heiligen Pafnutij eingerichtet. In die Kathedrale kann man von der südlichen und nördlichen Seite eintreten.

Früher gab es an den Wänden der Kathedrale stellenweise Malereien, aber bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts waren sie nur noch über den südlichen und nördlichen Portalen unter den Eisenüberdachungen erhalten. Im Inneren ist die Kathedrale mit Ikonenmalerei im byzantinischen Stil geschmückt. Der untere Teil der nördlichen und südlichen Wände der Kirche der Geburt der Gottesmutter enthält einen Zyklus über das Leben des heiligen Pafnutij von Borowsk. Die Fresken wurden zweimal mit Öl überzogen, aber in der Kapelle des heiligen Theodor Stratilat sind einige originale Motive erhalten geblieben. Im 20. Jahrhundert, nach der Rückkehr des Klosters zur Kirche, gelang es den Restauratoren, die Fresken wiederherzustellen.

In den 1920er Jahren wurde die Kathedrale als Wirtschaftsgebäude genutzt, das allmählich verfiel. 1954 stürzte die zentrale Tambour, wodurch zwei Schulernte-Mähdrescher beschädigt wurden, da sich im Kloster eine landwirtschaftliche Bildungseinrichtung befand. Während der Restaurierung, die 1962 begann, stellte sich heraus, dass die Ursache für die Zerstörungen eine Deformation des Fundaments war. Die Arbeiten wurden vorübergehend aufgrund seltsamer Vorfälle eingestellt, und der Bereich neben dem Altar blieb unberührt.

Die Gewölbe der zentralen Kuppel und der vier seitlichen Kuppeln werden von vier Säulen gestützt. In der Kathedrale ist ein System von Lautsprechern installiert, um die Akustik zu verstärken. Der größte Lautsprecher befindet sich in der nordwestlichen Säule. In der nördlichen Wand gibt es einen Durchgang, der in einen geheimen Raum unter dem Dach führt, wo Werte aufbewahrt wurden.

Es gibt eine Legende über zwei unterirdische Gänge aus der Kathedrale nach Kaluga und Moskau. Den Mönchen des Pafnutij-Klosters war es erlaubt, in Moskau und Kaluga zu handeln, und sie konnten dorthin durch unterirdische Gänge gelangen, um weltlichen Versuchungen zu entkommen. Die Böden in der Kathedrale sind jetzt steinig und beheizt, früher waren sie aus Eisenplatten.