Главная церковь города возвышается на Привокзальной площади, где раньше был спортивный стадион. Это центральный храм Забайкальской епархии, отличающийся красивой архитектурой. Здание выполнено в владимиро-суздальском стиле, окрашено в небесно-голубой цвет с белыми элементами и украшено золочёными куполами.

Эта новая крестово-купольная церковь стала не только значимой достопримечательностью, но и одним из крупнейших соборов в Сибири и на Дальнем Востоке. Высота здания вместе с крестами достигает около 47 метров. Главный купол весит более 25 тонн. На колокольне установлено 13 колоколов, из которых самый большой весит около 10 тонн и является самым тяжёлым в Зауралье.

Церковь имеет классическую конструкцию с пятью куполами и пристроенной шатровой колокольней. Массивные стены украшены декоративными полосами и аркадными поясами, которые обрамляют барабаны глав и апсиду. Рельефный пояс подчёркивает изящные вытянутые окна, а стены украшают декоративные закомары килевидной формы.

Главный придел церкви посвящён Богоматери, левый, канонизированным членам последней царской семьи, а правый, святому Александру Невскому. Под основным алтарём находится крестильный храм, освящённый в честь князя Владимира. Интерьер собора впечатляет: в центре главного придела расположена кафедра для епископа, хоры находятся на балконе западной стены. Справа от придела Александра Невского стоит рака с мощами святого Варлаама Чикойского. Наверху висит большое паникадило с крестом, а в боковых приделах, гербовые орлы.

При строительстве в основание собора была заложена частица мощей преподобного Сергия Радонежского.

Центральный иконостас производит сильное впечатление. Он выполнен по классическому канону с тремя вратами и иконами, расположенными по чинам. По бокам от главного находятся иконостасы приделов, повторяющие его форму.

Иконы храма также заслуживают внимания. На аналоях представлены образы Николая Чудотворца, Сергия Радонежского и Смоленской Божьей Матери. В отдельных киотах из орехового дерева можно увидеть иконы с изображениями царской семьи и князя Владимира с Борисом и Глебом.

Главный вход в храм расположен со стороны улицы Бутина, северный, с Амурской улицы, южный, со стороны вокзала.