В юго-западной части монастыря расположена Смоленская церковь, уникальный памятник костромского зодчества XIX века, выполненный в русско-византийском стиле. В ее конструкцию включен фрагмент старой монастырской ограды XVII века с угловой крепостной башней. После пожара 1773 года к башне пристроили деревянную часовню. В 1824-1825 годах на средства костромского купца Ф.М. Обрядчикова, вероятно, по проекту губернского архитектора П.И. Фурсова, вместо часовни была построена Смоленская церковь, основой которой стала башня. В 1827 году церковь расширили с севера и востока апсидиальными пристройками. После пожаров 1840 и 1847 годов она была соединена в 1860-х годах с больничным корпусом, а после пожара 1887 года восстановлена в 1888-1891 годах с обновленной отделкой фасадов и интерьеров. Внутри купол церкви был украшен живописью, стены, искусственным мрамором, а полы и лестницы выполнены из портландского цемента с мраморной крошкой. В 1972-1978 годах здание было реставрировано КСНРПМ.

Церковь, двухэтажная, бесстолпная и одноглавая, кирпичная и оштукатуренная, представляет собой высокий четверик, окруженный с трех сторон слегка пониженными пристройками с апсидами. Основу четверика составляет угловая башня ограды, чьи мощные стены хорошо видны в плане здания. Каждая стена завершается тремя ложными закомарами. Над купольной кровлей возвышается граненый барабан с позолоченной главой и крестом. Византийский стиль архитектуры подчеркивают полосатые фасады с широкой рустовкой, руст архивольтов арочных окон и закомар, а также рельефные греческие кресты в тимпанах нижних окон и на апсидах. Входы украшены железными двустворчатыми решетками с растительно-геометрическим орнаментом. Внутри верхний этаж храма перекрыт восьмилотковым сводом с угловыми тромпами и отверстием барабана. Из убранства интерьера сохранилась только почитаемая как чудотворная Смоленская икона Богоматери, написанная не ранее середины XVII века на штукатурном основании в киоте, встроенном в стену угловой башни. Икона, подвергавшаяся воздействию дождей и ветра, а также пожарам, неоднократно обновлялась. В XVIII веке пристроенная к башне часовня защитила икону от внешних воздействий. Обследование показало, что живопись иконы сильно утрачена, до санкирной подготовки.