Главный храм Углича, освященный в 1706 году, выполнен в стиле "нарышкинского барокко", популярном в то время. Храмовая часть имеет традиционное трехчастное деление и кокошники, но дополнена колоннами, карнизом, напоминающим антаблемент, и изящными наличниками с разорванными сандриками. Над крышей возвышается живописное пятиглавие. С востока к храму примыкает трехапсидная алтарная часть. С других сторон собор дополнен пристройками: с севера находится Похвальский придел, а с запада, позднее добавленная паперть. Южный фасад, обращенный к городу, стал главным, поэтому здесь расположен основной вход с резным белокаменным порталом. Интерьер храма уникален благодаря обширному бесстолпному залу, перекрытому сомкнутым сводом.