Вскоре после завершения строительства собора, к северо-востоку от него возвели 49-метровую шестиуровневую колокольню. На втором ярусе, в нишах юго-восточного и северо-западного углов четверика, находились скульптуры Евангелистов. Барочный декор колокольни, выполненный в ярких цветах, не уступал по красоте собору. Под каждым из восьми окон "фонаря" колокольни в квадратных углублениях были размещены синие изразцы с желтыми и белыми цветами в форме звездочек. Над каждым окном на всех ярусах колокольни располагались белокаменные кокошники.

В 1888 и 1890 годах в предпоследнем ярусе установили часы, изготовленные Петром Ионовичем Климовым. До революции на колокольне было десять колоколов. На самом большом из них была надпись: "В благословенное царствование Благочестивейшего Самодержавнейшего Государя Императора Александра Павловича и всея России, с благословения Преосвященнейшего Амвросия, Архиепископа Казанского и Симбирского и разных орденов кавалера, перелит сей колокол в царствующем граде Казани к соборной церкви святых апостолов Петра и Павла. Весом 189 пудов 34 фунта. Меди 161 пуд поступило из прежнего разбитого большого колокола, а остальное добавлено, равно и за переливку заплачено сбором от доброхотных дателей. Лил сей колокол казанский купец Иван Ефимов Астраханцев в 1825 году". На колоколе были барельефные иконы: с северной стороны, Сретение Господне, с южной, Казанская икона Божией Матери, с западной, святые апостолы Петр и Павел, с восточной, образ Благовещения с предстоящими казанскими святителями, святыми Гурием, Германом и коленопреклоненным Варсонофием.

На втором колоколе была надпись: "Сей колокол отлит в царствующем граде Казани, в заводе Серея Корнилова, к церкви Петра и Павла, пожертвованием Петра и Николая Молоствовых и усердием прихожан и старанием протоиерея Виктора Петровича Вишневского и старосты церковного, казанского купца Савелия Степановича Зайцева, в 1835 году месяца июня 10 дня, весом 99 пудов".

На третьем колоколе значилось: "Приидите, людие, во Храм Спасения Бога нашего. Лил мастер Петр Никитин Кирюхов. Весу 54 пуда и 17 фунтов".

На четвертом колоколе, весившем 15 пудов и 11 фунтов, были барельефные иконы: к востоку, Воздвижение Креста Господня Константином и Еленою, к западу, Распятие, к югу, Казанская икона Божией Матери, к северу, Николай Чудотворец. Надпись гласила: "Вылит сей колокол в Казани, в заводе Ивана Кирюхова". Дореволюционные колокола были разрушены, но недавно на колокольне установили новый 3-тонный колокол ярославского литья, аналогичный тому, что был до революции.