В отчёте комиссии, обследовавшей Ильинскую церковь в 1946 году перед её передачей верующим, отмечается: "Это здание с башенным шпилем высотой 18 метров, обладающее оригинальной красотой, удачно дополняет общий вид города". Действительно, благодаря своему шпилю Ильинский храм оказывает значительное влияние на городской пейзаж. Архитектор, проектировавший козловскую церковь, вероятно, вдохновлялся колокольней Петропавловского собора в Петербурге. Это мнение разделяет и краевед Олег Сазонов, который много времени посвятил изучению Ильинского храма. Хотя в храме присутствуют черты, характерные для стиля Растрелли, они выражены менее ярко. Например, можно найти сходство между Ильинской церковью и Петропавловским храмом в Петергофе, автором которого был Варфоломей Растрелли. В сравнении с петербургскими постройками Растрелли и его учеников, Ильинская церковь более скромна и ближе к петровскому барокко, но её композиция соответствует растреллиевскому барокко. Возможно, проект храма мог быть создан и московскими архитекторами, такими как И.Ф. Мичурин или Д.В. Ухтомский, но документы указывают на заказ из Петербурга.

Архитектура Ильинской церкви заслуживает внимания. Маленькая главка, венчающая храм, не характерна для елизаветинского барокко, стремившегося к традиционному пятиглавию. Боковые фасады храма таковы, что, рассматривая их отдельно, можно подумать, что это здание административное или усадебный флигель. Алтарь разделён на два яруса: первый оформлен рустом, второй, пилястрами. К середине 1980-х годов покрытие шпиля колокольни было полуразрушенным.

Восстановительные работы начались в 1993 году. "Мичуринская правда" писала об этом: "Кровля сложной формы, особенно сложно покрыть основание шпиля, так как требуются листы сложной конфигурации. Каждый лист уникален. Заготовки нарезаются по чертежам и формируются внизу, затем поднимаются наверх с помощью канатов". Высота колокольни составляет 67,5 м, вместе с крестом, 71 м. Общая площадь храма, 1135,5 кв. м, основная, 852 кв. м.

В 1911 году корреспондент "Тамбовских епархиальных ведомостей" описывал храм как двухэтажный: нижний этаж тёплый, верхний, холодный. Нижняя церковь была мрачной и тесной, верхняя, светлой и просторной, обе украшены богатыми иконостасами и художественными иконами. В нижнем храме особой достопримечательностью были царские врата, изготовленные в 1897 году из позолоченной бронзы и серебра, копия врат из московского Чудова монастыря. К 1946 году, когда храм передали верующим, в нём не было ни иконостасов, ни росписей, ни утвари. Провели простой ремонт: стены нижней церкви побелили, верхней, покрасили масляной краской. Иконостасы были столярной работы, окрашенные. В 1992 году церковь вернули епархии, она была пустой и запущенной. Священник и прихожане, впервые войдя в храм, обнаружили, что в нём даже нет плинтусов. Музейные работники, покидая здание, забрали всё возможное. Сейчас интерьеры храма восстановлены без изысков, но добротно. Особенно хорош верхний храм, светлый и просторный, как отмечали дореволюционные авторы, но и нижняя церковь уютна.