Отдельно стоящая шатровая колокольня тёплой Владимирской церкви была возведена одновременно с ней и выполнена по образцу колокольни Софийского собора.

Её конструкция состоит из низкого четверика с арками входа, на который установлен восьмигранный столп, завершающийся ярусом звона с открытыми арками. Пропорции четверика, восьмерика и шатра соответствуют золотому сечению. Углы четверика колокольни украшены лопатками и поясом ширинок с полихромными изразцами, которые частично утрачены. Восьмигранный столп с лопатками декорирован внизу киотом с изразцовым орнаментом, а ярус звона, архивольтами с килевидным верхом. В колокольне было 14 колоколов, самый большой из которых весил 200 пудов. На верхней части этого колокола вылита надпись: «Лета 7193 году вылит сей колокол на Вологду на посад к церкви Пресвятыя Богородицы Владимирския по приказу и по духовной гостя Гаврила Мартынова, сына Фетиева, по души его в вечное поминовение, а весом в нём двести пуд». У нижнего края колокола имеется другая надпись: «Albert Benningk me fecit Lubeck, anno 1685». Высокий шатёр колокольни завершается маленькой главкой и прорезан окнами-слухами, украшенными кокошниками.