La cathédrale de Kazan est un exemple expressif de l'architecture cultuelle dans le style néo-russe. Son volume monumental était autrefois couronné de cinq dômes sur des tambours en bois, perdus pendant l'époque soviétique. Dans la construction du temple, on a utilisé non seulement des briques traditionnelles, mais aussi du béton monolithique, du granit finlandais et de l'asphalte. La cathédrale a une forme carrée et un volume à deux niveaux avec une haute abside tripartite de l'autel et un porche à deux niveaux à l'entrée principale, recouvert d'un toit à quatre pentes. Les façades latérales se distinguent par de larges fenêtres en arc du deuxième niveau, visuellement agrandies par des niches en retrait avec des archivoltes à petits bossages et une corniche métallique, rappelant des arcs. Les façades sont divisées en trois parties par des tambours semi-ronds. Les ouvertures supérieures contrastent avec les plus petites fenêtres en arc du premier niveau. Sur les façades latérales se trouvent des portails en arc, tandis que l'entrée principale sur le parvis occidental se distingue par un profilage plus complexe avec des colonnes jumelées et un archivolte en deux rangées de demi-cercles. Au-dessus se trouve une grande niche de reliquaire avec une finition en arc, encadrée de petits bossages. Au-dessus du reliquaire se trouve un auvent en fer forgé, protégeant l'image de la Vierge de Kazan. La décoration des façades comprend une ceinture à deux rangées de petites colonnes, se poursuivant sous forme de frise sur les absides, et une rangée de petits motifs à la base des fenêtres inférieures. À l'intérieur, le temple est couvert d'une voûte en croisée d'ogives et est relié par des ouvertures triples à l'autel principal et aux deux autels latéraux. Les murs sont plâtrés et peints en vert avec des motifs décoratifs dans les coins de la voûte. Le mur de l'autel est décoré d'une fresque "Nous Te louons, ô Dieu", représentant des groupes de saints se dirigeant vers le trône. La fresque a été réalisée par des artistes de Palekh sous la direction de I.I. Parilov, avec une prédominance de tons bleus et ocre. Dans l'arc central de l'ouverture de l'autel, les portes royales de l'iconostase avec des sculptures, encadrant les ouvertures pour les icônes, sont conservées. Les sols de la cathédrale sont pavés de carreaux de Metlakh. La salle souterraine sous la partie de l'autel était à l'origine destinée à la sacristie.