Собор Воздвижения формировался в течение полутора веков. Самая ранняя и значимая в архитектурном плане часть, это двустолпный храм 1679 года, выполненный в архаизированных формах. Это выражается в массивных гладких стенах, простоте фасадов и сдержанном декоре. Трапезная и колокольня выполнены в стиле классицизма. Утрачены луковичные главы храма и завершение колокольни, а в XX веке по сторонам колокольни появились пристройки, искажающие облик здания. Высокий кубический двусветный четверик под четырехскатной крышей поддерживает пять крупных цилиндрических барабанов с узкими щелевидными проемами. Три пониженные апсиды, равные основному объему по ширине, вытянуты в плане. Трапезная с округлыми углами увенчана в центре большим полусферическим куполом. К ней через притвор примыкает пятиярусная колокольня, доминирующая в композиции храма. Наиболее выразительны фасады основного четверика, разделенные лопатками на три прясла с полукружьями ложных закомар. Они отделены от стен широким декоративным карнизом с рядами консолей и поребрика. Северный, южный и западный фасады украшены наличниками асимметрично расположенных окон второго света, выделяющихся богатой пластикой. Проемы боковых прясел обрамлены колонками с дыньками и увенчаны кокошниками. В средних пряслах окна выделены более нарядными наличниками с колонками и кокошниками, напоминающими корону. В нижнем ярусе старые проемы заложены и пробиты новые. Убранство апсид аналогично декору четверика, стены вверху опоясаны многоярусным карнизом с кокошниками. Барабаны пятиглавия украшены аркатурным поясом и завершаются карнизом. Боковые фасады трапезной подчеркнуты четырех-пилястровыми портиками с треугольными фронтонами. Фасады колокольни в стиле зрелого классицизма украшены сдержанным декором. Нижние три яруса-четверика завершены карнизами с крупными сухариками. Средний ярус выделен тосканскими портиками с колоннами и треугольными фронтонами. Два верхних яруса образуют венчающую часть: восьмигранный полуярус с круглыми окнами служит основанием для цилиндрической ротонды с арочными проемами. В простенках между ними расположены тосканские полуколонки. Пространство основного четверика перекрыто сложной системой арок и сводов с куполами. В апсидах своды переходят в конхи, над окнами распалубки. Трапезная разделена на 9 ячеек арками, соединяющими столбы и стены. Угловые компартименты перекрыты коробовыми сводами, остальные крестовыми. Первый ярус колокольни имеет сомкнутый свод. В соборе сохранились фрагменты росписи.