L'église orthodoxe en bois, érigée à Baranovitchi en 1908 à l'emplacement de la cathédrale actuelle, a été agrandie en 1915 pendant la Première Guerre mondiale. Cependant, dans la nuit du 2 mai 1921, après la veillée festive du premier jour de Pâques, le temple a brûlé. Le matin, les habitants orthodoxes de la ville se sont rassemblés sur le site de l'incendie, et la paroisse a décidé de restaurer l'église.

La nouvelle cathédrale a été construite entre 1924 et 1931. Le volume principal de la cathédrale, qui est un carré à quatre colonnes, est accolé à trois absides semi-circulaires du côté est et surmonté d'un dôme hémisphérique avec des fenêtres rondes. Les façades nord et sud sont ornées de portiques monumentaux avec quatre colonnes de style ionique, décorant les entrées latérales. Du côté ouest, une étroite salle à manger relie le volume principal à un clocher à trois niveaux, couronné d'un dôme hémisphérique avec un pinacle. La décoration du clocher utilise des colonnes angulaires et jumelées, des demi-colonnes, des pilastres et des corniches profilées. L'entrée principale est mise en valeur par un tympan semi-circulaire, et les ouvertures de fenêtres et les niches sont ornées de cadres avec des frontons triangulaires.

Sous le temple se trouvent de vastes sous-sols avec des entrées extérieures séparées, y compris une sacristie sous la partie de l'autel. Le bâtiment est décoré de panneaux en mosaïque, qui ont été conservés avec une perte partielle de smalt. Ces panneaux ont été réalisés entre 1902 et 1911 dans l'atelier de Saint-Pétersbourg de V. Frolov pour la cathédrale Alexandre-Nevski à Varsovie et ont été transférés à Baranovitchi en 1926-1927.

Au fond de l'abside se trouve une mosaïque « Vierge à l'Enfant », faisant partie de la composition « Nous nous réjouissons de toi », créée d'après un croquis de V. Vasnetsov. Les mosaïques « Sauveur avec le donateur » et « Deisis », réalisées d'après les cartons de N. Koshelev, se trouvent dans le tympan du fronton du portique sud et au-dessus de l'entrée nord, respectivement. L'architecte L. Benois est représenté sous les traits d'un donateur avec un modèle de la cathédrale Alexandre-Nevski de Varsovie. Les mosaïques « Vierge avec des Anges » et un fragment de la composition « Cathédrale de l'archistratège Michel », réalisées d'après les cartons de N. Bruni, sont situées au-dessus de l'entrée sud et dans le tympan du fronton du portique nord. Sur le pilier de soutien sud est représenté Joseph de Volokolamsk, et sur le pilier nord, le métropolite Alexis, tous deux d'après les cartons de V. Dumitrashko.

Entre 1926 et 1927, une partie des célèbres mosaïques de la cathédrale Alexandre-Nevski en Pologne, y compris des fragments de panneaux, tels que la mosaïque de N.A. Koshelev « Sauveur avec le donateur », a été transférée à Baranovitchi et fixée aux murs de l'église orthodoxe construite en 1931 en l'honneur de la Protection de la Sainte Vierge.