Собор Благовещенский, выполненный в стиле классицизма с провинциальными чертами, представляет собой один из характерных образцов центрического храма начала XIX века, украшенного колонными портиками на всех фасадах. Основной объем здания, приземистый четырехстолпный четверик, который ранее завершался пятиглавием. С востока и запада к нему примыкают равновеликие прямоугольные апсида и притвор. В настоящее время здание изменено за счет кирпичных пристроек советского времени, восточный портик утрачен, а от пятиглавого завершения сохранился только центральный световой восьмерик с более узкими диагональными гранями, покрытый полусферической крышей с полуглавиями, характерными для классицизма.

Фасады здания отличаются лаконичным декором. Центральные части северного, южного и западного фасадов выделены плоскими ризалитами, соответствующими расширенным центральным интеркупольным четырехколонным тосканским портикам. Колонны портиков, установленные на постаменты, имеют профилированные белокаменные базы и капители, поддерживающие массивный антаблемент с широким карнизом грубого рисунка. Треугольные фронтоны портиков были разобраны, а существующий фронтон на западном фасаде построен в советское время. Прямоугольные окна без обрамления украшены нишами под подоконниками. На ризалитах в центре фасадов расположены тройные окна с более узкими боковыми проемами. На гранях восьмерика, ориентированных по сторонам света, также находятся тройные окна с арочными центральными проемами.

В интерьере четыре мощных столба сложной формы поддерживают венчающий храм восьмерик, организуя внутреннее пространство в виде неравноконечного креста. "Рукава" креста перекрыты крестовыми сводами, а закрестовья, полулотковыми. Перекрытие восьмерика, ранее открывавшегося в интерьер храма, скрыто поздним потолком.