Размещается на Красной площади - центральной части города. Автором его является К.А.Тон. Строительство храма было рассчитано на шесть лет. Однако оно длилось 44 года - с 1845 по 1889 год. При этом колокольня осталась недостроенной.
Внутри церкви поставлены трехъярусные иконостасы из золоченого резного дерева, изготовленные по проекту московского архитектора А.В.Каминского. Роспись внутри собора и иконы в иконостасах выполнены академиком живописи А.В.Корзухиным и московским художником К.В.Лебедевым. Размеры храма: общая длина 84 метра, ширина - 34 метра, высота с крестом - 74 метра.
К.А.Тон запроектировал собор в полной соответствии со своими взглядами. В сущности, общая композиция храма является традиционной, состоящей из трёх основных частей - собственно церкви с тремя круглыми абсидами, трапезной и колокольни, вернее только двух встроенных ее ярусов. Характерным здесь является гипертрофированный по размерам кубовидный четверик собственно церкви, рядом с которым кажутся мизерными и трапезная часть и особенно колокольня, даже если бы последняя и была достроена. Но токова концепция стиля: ведь в древности колокольни строились ниже самой церкви, либо вообще отсутствовали, а русско-византийский стиль был призван, по мысли его создателей, "возродить" древнюю византийскую и русскую архитектуру.
Церковь завершается пятью восьмигранными барабанами, перекрытыми луковичными главками. Архитектурный декор здания, как уже говорилось, - подражание декору русских и византийских церквей с их обобщением и некоторой модернизацией.