Согласно плану застройки, главным зданием монастыря и его архитектурной доминантой стал холодный Владимирский собор, строительство которого велось с 1804 по 1819 годы. 12 февраля 1804 года епископ Нижегородский и Арзамасский Вениамин Краснопевков выдал храмозданную грамоту на возведение в Оранской обители "холодной церкви в честь праздника Владимирской иконы Божией Матери". Строительство началось при отце Пахомии, продолжилось при иеромонахе Нафанаиле и завершилось под руководством строителя Иродиона.

Собор, однопрестольный и соборный, был начат в 1804 году и завершен в 1819 году в честь праздника Владимирской иконы Божией Матери. Он имеет пять возвышенных куполов с полукруглым алтарем, покрыт железом, окрашенным медянкой. Купола украшены пятью восьмиконечными крестами, позолоченными в 1875 году. Стены церкви оштукатурены снаружи и внутри, двери имеют железные рамы и узорчатые решетки. В нижнем ярусе и алтаре 17 окон с решетками, во втором ярусе 15 окон без решеток, в пяти куполах 40 окон разной величины. Над окнами нижнего яруса устроены хоры с деревянными перилами. Церковь от восточной стены алтаря до западных дверей имеет длину 13 сажен, а от северных дверей до южных, 8 сажен. Пол чугунный, с деревянными панелями по стенам. К западной стене пристроена паперть на каменных столбах, крытая железом, с чугунными ступенями.

Архимандрит Амвросий Орнатский в своей монографии "История Российской иерархии" отмечал, что среди построек Оранского монастыря начала XIX века примечательнейшим является каменное здание соборной церкви во имя Владимирской Божией Матери, схожее с Иверским в Москве, а также теплая церковь, колокольня и купеческие лавки в ограде.

В последний раз до революции Владимирский собор был переосвящен в 1882 году после нанесения росписей на стены. "Святой антиминс атласный дико-голубого цвета был освящен преосвященным Макарием, епископом Нижегородским и Арзамасским, 4 марта 1882 года".