Рядом со Спасо-Преображенским храмом в кремле возвышается желтое протяженное здание, Богоявленский собор. Он был частью комплекса угличского соборного храма и предназначался для зимних богослужений, в отличие от Спасо-Преображенского, где службы проходили летом. Уже в XVII веке при соборе существовала теплая деревянная церковь Алексия человека Божия, позже для зимних служб использовался придел Похвалы Богородицы. В XIX веке возникла необходимость в большом храме, который изначально планировали пристроить к Спасо-Преображенскому собору с западной стороны, но позже решили построить отдельно.

Строительство началось в 1814 году и завершилось в 1827 году. Помимо главного престола в честь Богоявления Господня, в храме были два придела: Донской иконы Божией Матери и Царевича Димитрия и Александра Невского. Новый храм был оформлен в классическом стиле и представлял собой протяженный базиликальный объем с двухскатной кровлей. Фасад украшали пилястры и большие окна. С востока к зданию примыкала полукруглая апсида, а с запада, паперть с внушительным четырехколонным портиком. Над крышей с восточной стороны возвышался большой барабан, обитый железом, с куполом, маленькой главкой и крестом. Интерьер также был интересен: от скромной маленькой паперти можно было попасть в просторный прямоугольный зал с двумя рядами колонн. Росписи, выполненные Тимофеем Медведевым, создавали сильный эффект, изображая колоннады и лепнину, которые визуально расширяли пространство и дополняли его мелкими деталями. Основные сюжеты, вероятно, располагались на потолке. Низкий одноярусный иконостас в виде часовенок отделял алтарную часть, не полностью скрывая округлую апсиду.

Интерьер собора представлял собой завершенный классический ансамбль с интересными росписями и убранством. Однако в советское время здание было переоборудовано под клуб, утратив многие детали и окруженное уродливыми пристройками. Росписи скрыли под побелкой, и от замечательного интерьера остались только колонны. В 1980-х годах собор частично отреставрировали. Сейчас в нем размещается картинная галерея музея с постоянной экспозицией искусства XVIII-XIX веков.