Церковь Воздвижения Честного и Животворящего Креста Господня расположена на территории Зарецкого кладбища и является одной из архитектурных доминант исторического центра города. Она была заложена в 1847 году на месте ветхой деревянной церкви с таким же названием. Финансирование строительства храма обеспечили купцы Марк и Евдоким Пименовы, а также другие благотворители. Церковь была освящена в 1852 году. В 1868 году, благодаря средствам петрозаводского купца Петра Васильевича Аврамова, к храму добавили второй придел и два помещения для хранения архива и церковного имущества. Е.Г. Пименов и П.В. Аврамов похоронены на Зарецком кладбище. После революции в храме продолжались службы, а с 1930 года он стал главным православным храмом Карелии. С 1990 по 2000 год Крестовоздвиженская церковь служила епархиальным кафедральным собором.

Собор имеет крестообразную форму, напоминающую греческий крест, с полукруглой апсидой и большим центральным куполом, поддерживаемым четырьмя внутренними опорами. На углах здания расположены колокольни с малыми куполами. К ризалиту с главным входом примыкают два невысоких прямоугольных объема с двускатной крышей. Углы основного объема здания украшены трехчетвертными восьмигранными колоннами. Стены снаружи оштукатурены и имеют горизонтальные пояски, а венчающий их карниз сложного профиля. Окна вытянутые, с полуциркульным верхом. Центральный купол и колокольни круглые в плане, завершаются луковичными главками с крестами.

Крестовоздвиженский собор представляет собой типичный каменный храм середины XIX века, построенный в русско-византийском стиле, характерный для провинциального города.