В течение XIX века здание многократно расширялось и перестраивалось, и лишь к концу прошлого столетия оно приобрело современный облик. Главный фасад тянется вдоль Набережной улицы от Дубовой, ныне Комсомольской, до Семинарской, ныне Ленинградской. В 1909 году епархия начала перестройку главного корпуса и строительство отдельного здания для домовой церкви Кирилла и Мефодия под руководством архитектора В.И. Фреймана. Позднее добавление третьего этажа и углового корпуса с церковью, увенчанной куполом, нарушило симметрию и стройность первоначального замысла, изменив его строгий стиль. Строительство семинарии, начатое в конце XVIII века, завершилось в начале XX века.

Архитектурный ансамбль объединил три сооружения, созданные в разные эпохи и в разных стилях. Этот комплекс, сохранивший свою самобытность и колорит, привлекает внимание строгостью и красотой форм. В наши дни старая часть практически не изменилась, за исключением заложенных окон северного фасада на первых двух этажах. Наиболее значительная переделка произошла в корпусе на Ленинградской улице, где двухэтажное пространство бывшей церкви разделено новым перекрытием. В интерьеры добавлены декоративные элементы, соответствующие современному использованию. Входная часть выделена выступающим объёмом с балюстрадой балкона второго этажа. В центральном ризалите окна второго и третьего этажей арочные с замковым камнем, а простенки украшены пилястрами: на втором этаже они жёлтые, на третьем, белые. Между первым и вторым этажами проходит карниз. Первый этаж выделен рустом по всему периметру. В боковых частях здания окна прямоугольные с наличниками, на втором этаже они более массивные.

Южный фасад флигеля симметричен и украшен аттиком с овальными окнами и замковым камнем. Аттик выделен цоколем и карнизом, а ритм стены задают пилястры. Фасад завершается небольшими фронтонами. Восточную сторону флигеля украшает полуротонда с куполом, отделка которой соответствует лицевым фасадам. Дворовый фасад имеет более простой декор: углы ризалитов оформлены лопатками, а цоколь окрашен в тёмно-бордовый цвет и выделен рустом.

Внутреннее пространство подчинено строгой и чёткой планировке. Сохранились парадная трёхмаршевая лестница, широкие четырёхметровые коридоры и просторные помещения первых двух этажей, где располагались классы и общежития.

Постройка корпуса духовной семинарии внесла значительный вклад в архитектуру конца XVIII и начала XIX века. Здание играет важную роль в градостроительстве, занимая достойное место в ландшафте и не теряясь среди церквей. В настоящее время здесь находится учебный корпус Тамбовского Государственного Технического Университета. Бывшая духовная семинария является памятником архитектуры, истории и объектом культурного наследия регионального значения Российской Федерации.