Современный вид собор Рождества Богородицы приобрел благодаря многочисленным перестройкам. Первоначально белокаменный храм, возведенный Андреем Боголюбским, существовал с 1158 по 1722 год. Поздняя версия собора повторяет небольшую прямоугольную четырехстолпную трехапсидную структуру древнего сооружения. Столбы нынешнего храма продолжают традицию древних круглых колонн, расписанных под мрамор.

Четырехстолпный четверик перекрыт крестово-купольным сводом, крыша имеет четыре ската и завершается восьмигранным световым барабаном с луковичной главой на круглой шейке. Четверик освещается одним ярусом окон, при этом среднее окно на западной стене расположено ниже остальных. Архитектура храма отличается лаконичностью и строгостью, декор включает профилированные карнизы, угловые лопатки, подзор барабана, простое линейное обрамление окон с треугольным козырьком и полосу ложных окон в верхней части стены.

Церковь построена из белого камня, фасады оштукатурены и побелены. В интерьере на участках стен, не занятых настенными росписями, белый камень остается открытым. Боголюбовский храм Рождества Богородицы является ценным памятником, объединяющим элементы культовой архитектуры XII и XVIII веков, и включен в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.

В 2013-2014 годах была проведена реставрация кровли, главки, креста, фасадов и столярных заполнений.