Церковь была кирпичной, одноэтажной с приделом, имела форму "корабля". К высокой храмовой части с пятигранной апсидой примыкала трапезная, к которой присоединялся притвор с двухъярусной восьмигранной шатровой колокольней. Пятиглавие церкви располагалось на высоких световых барабанах, круглые главки также украшали алтарь, трапезную и колокольню. Над храмом возвышался четырехгранный купол, над алтарем, конха, а над трапезной, двухскатная крыша. Восьмигранный фонарь с арочными окнами венчал купол. Кресты на церкви были позолоченные и восьмиконечные. В храме было четыре яруса света, включавшие 54 полуциркульных окна, из которых восемь были вертикально вытянутыми люкарнами. Колокольня состояла из трех ярусов: средний ярус имел прямоугольные окна, ярус звона был восьмигранным с арочными проемами, а высокий шатер завершался круглой главкой с крестом.

Главной достопримечательностью Успенской церкви считался старинный иконостас в девять ярусов, окрашенный в темно-малиновый цвет кармином и украшенный позолоченным декором в коринфском стиле. Царские врата были резными и позолоченными, с овальными верхушками. Сохранилась фотография фрагмента иконостаса, сделанная в 1927 году, на которой видны Царские врата, выполненные в технике ажурной резьбы. В центре врат находилась круглая икона Благовещения, по бокам, четыре овальные иконы Евангелистов. Врата обрамляли пилястры коринфского ордера. Слева отсутствовала икона, открывая вид на арочное окно, а справа находилась прямоугольная икона Спасителя, над которой была квадратная икона с изображением коленопреклоненного святого и ангела. Верхняя часть врат имела форму резной "короны", а выше находилась сложной формы икона "Тайная вечеря" с резным картушем. Иконы третьего яруса были прямоугольными и вписаны в тонкие рамы с пышной резьбой в угловых частях, а в нижнем ярусе, еще и по бокам. Перед иконостасом располагалось большое ярусное паникадило.

В трапезной части храма находился двухъярусный иконостас в первоначальном виде. Колокольня, которая дала трещину в 1826 году, была разобрана в 1832 году и восстановлена в 1843 году по проекту губернского архитектора на средства купца Федора Ивановича Пяткова. На колокольне установили металлические часы с железным механизмом и молотками для отбивания четвертей, получасов и часов. В 1921 году имущество было национализировано. В июне 1926 года комиссия, осмотревшая здание, пришла к выводу, что оно не подлежит ремонту, и постановила снести собор. До 1832 года церковь была соборной, затем приписана к Никольскому собору. Придел был освящен в честь Сергия Радонежского Чудотворца.