La cathédrale de Kazan a été construite dans le style russe de la fin des années 1880 et 1890, qui privilégiait les ornements. L'architecte était Vassili Antonovitch Kossyakov.

Le bâtiment principal du temple à trois autels a une forme carrée, compliquée du côté ouest par un porche, qui est légèrement plus bas que le volume principal, et du côté est par une abside à trois parties avec une galerie de circulation, également plus basse que les absides elles-mêmes. Le temple a trois entrées identiques : la principale à l'ouest et deux latérales au nord et au sud, chacune accessible par un large escalier. L'escalier de l'entrée ouest est droit et large, tandis que ceux des entrées latérales sont étroits et à deux volées. Trois porches en arc avec des poids reposent sur des colonnes sculptées, se terminant par des frontons triangulaires raides. La cathédrale se distingue par ses fenêtres hautes, étroites et fentes. Les fenêtres du premier étage sont encadrées de linteaux. Au centre de tous les façades, sauf celle de l'ouest, se trouve un grand fronton en forme de kil. Sur les façades nord, ouest et sud se trouvent de grands frontons sculptés, formés de deux pilastres se rejoignant par un arc en haut. Les pilastres sont décorés de frises. Des corniches avec denticules courent le long des trois façades. Le bâtiment est couronné par une puissante coupole à cinq têtes. À l'origine, tous les tambours étaient lumineux, mais après la restauration des dômes à la fin du XXe siècle, les fenêtres des quatre têtes plus petites ont été murées. Actuellement, seule la tête centrale reste lumineuse, ouverte sur l'espace intérieur. Les bases des têtes latérales sont ornées de ceintures de kokoshniks. L'une des têtes latérales sert maintenant de clocher. Le temple est élevé sur un haut socle et construit en briques rouges avec une maçonnerie ajourée. Au lieu de carrelage, la cathédrale a été peinte en peinture dorée-sable, qui s'est écaillée avec le temps et n'est restée qu'à certains endroits. L'ornementation extérieure de la cathédrale se distingue par sa symétrie et sa proportionnalité.

À l'origine, le temple était prévu comme un temple d'hiver, avec deux grandes cheminées installées dans le sous-sol et des conduits de cheminée dans les murs. Cependant, le chauffage nécessitait trop de bois et de charbon, il était donc utilisé uniquement comme temple d'été.

L'ornementation intérieure de la cathédrale a toujours été modeste. Seule la partie du sanctuaire était peinte, le reste de l'espace étant peint en blanc. Auparavant, des ornements en plâtre décoraient les colonnes et les corniches. Il y avait un soléa élevé à six marches avec un iconostase à deux niveaux, qui n'a pas été conservé. Le soléa était décoré de carreaux colorés. Les vitres des fenêtres contiennent rarement des vitraux. Un imposant chandelier en cuivre, maintenant perdu, pendait de quatre chaînes puissantes des arcs croisés des voûtes soutenant la coupole. Les croisements des arcs des voûtes étaient également décorés de plâtre. Sur le toit de la cathédrale, la coupole centrale lumineuse est entourée d'une galerie couverte avec des sorties vers l'espace des tambours des têtes latérales. Les chœurs sont situés sur le mur ouest.

Sur le mur nord de la cathédrale se trouve maintenant un petit musée des trésors du monastère de Danilov, qui ont pu être préservés après sa fermeture. Il s'agit principalement d'objets de la vie quotidienne et d'usage personnel des anciens abbés de la cathédrale et des sœurs : vêtements, vaisselle, machine à coudre et autres.

Entre les murs sud et ouest à l'intérieur de la cathédrale, un petit temple a été aménagé, où des services ont actuellement lieu. Le temple est chauffé, ce qui permet d'y tenir des services toute l'année. Il a été peint par l'artiste local Vladimir Sereda en 2005.