D'après la vie du vénérable Pafnouti, il est connu qu'une nouvelle église en pierre, érigée à l'emplacement de l'ancienne église en bois, a été peinte par les iconographes Mitrophane et Dionysius. La cathédrale était si magnifique que même les princes moscovites en étaient émerveillés. L'église en pierre blanche a existé un peu plus de cent ans.

À la fin du XVIe siècle, sur ordre et aux frais du tsar Fiodor Ivanovitch, une nouvelle église en briques a été construite à la place de l'ancienne église en pierre blanche, consacrée en 1589 et nommée église de la Nativité de la Sainte Vierge. Les cinq dômes de la cathédrale, ornés dans un style en forme de casque, lui conféraient une austérité et une majesté. L'autel était d'abord séparé par un mur en briques, qui a ensuite été remplacé par un iconostase. Dans la partie sud de l'autel, derrière le mur en briques, une chapelle a été aménagée en l'honneur de Fiodor Stratilat, et une église en l'honneur de la Grande Martyre Irina était adjacente au mur nord. Ces noms ont été choisis en l'honneur des saints patrons du tsar Fiodor et de la tsarine Irina, sœur de Boris Godounov. Les croix sur la cathédrale sont ornées de couronnes royales, soulignant le patronage du tsar.

Il est connu que Fiodor Ivanovitch a visité cet endroit pour prier en 1592 et 1595. Au cours de 400 ans, la cathédrale a subi de nombreuses modifications. Au milieu du XVIIe siècle, des porches ont été construits sur trois côtés, et plus tard, les fenêtres ont été modifiées. Au XVIIe siècle, des têtes ont été ajoutées, remplaçant les terminaisons en forme de casque, afin que la cathédrale soit à la hauteur de la nouvelle haute cloche. En 1837, une salle à manger en briques a été ajoutée au mur arrière, qui a été conservée jusqu'à nos jours. La différence dans leur construction est de 250 ans. Lors de la restauration, il a été décidé de conserver et de rénover la salle à manger pour suivre les changements des formes architecturales. L'extension, réalisée dans un style néoclassique tardif, est le dernier bâtiment du monastère. En 1997-1998, une chapelle a été aménagée en l'honneur du vénérable Pafnouti. On peut entrer dans la cathédrale par les côtés sud et nord.

Autrefois, les murs de la cathédrale étaient partiellement peints, mais au milieu du XIXe siècle, il ne restait que des fresques au-dessus des portails sud et nord sous des auvents en fer. À l'intérieur, la cathédrale est ornée d'icônes de style byzantin. La partie inférieure des murs nord et sud de l'église de la Nativité de la Vierge contient un cycle de la vie du vénérable Pafnouti de Borovsk. Les fresques ont été recouvertes d'huile à deux reprises, mais dans la chapelle de Fiodor Stratilat, certains sujets originaux ont été conservés. Au XXe siècle, après le retour du monastère à l'Église, les restaurateurs ont réussi à restaurer les fresques.

Dans les années 1920, la cathédrale a été utilisée comme hangar, ce qui a conduit à sa dégradation progressive. En 1954, le tambour central s'est effondré, endommageant deux moissonneuses-batteuses d'enseignement, car le monastère abritait un établissement d'enseignement agricole. Au cours de la restauration, commencée en 1962, il a été découvert que la cause des destructions était la déformation des fondations. Les travaux ont été temporairement suspendus en raison d'événements étranges, et l'endroit près de l'autel est resté intact.

Les voûtes du dôme central et des quatre petites têtes sont soutenues par quatre colonnes. Un système de tuyaux d'orgue a été installé dans la cathédrale pour améliorer l'acoustique. Le plus grand tuyau se trouve dans la colonne nord-ouest. Dans le mur nord, il y a une ouverture menant à un cache sous le toit, où des valeurs étaient conservées.

Il existe une légende sur deux passages souterrains de la cathédrale à Kalouga et à Moscou. Les moines du monastère de Pafnouti étaient autorisés à commercer à Moscou et à Kalouga, et ils pouvaient s'y rendre par des passages souterrains, évitant les tentations du monde. Les sols de la cathédrale sont maintenant en pierre avec chauffage, mais auparavant, ils étaient en plaques de fer.