Южный фасад разделён на три [[Прясло (архитектура)|прясла]] широкими лопатками. Северная сторона оформлена [[карниз]]ами, поясом [[Поребрик (архитектура)|поребрика]], нишами. Окна обрамлены [[наличник]]ами с парными треугольными [[фронтон]]чиками<ref name=r/>.
Пространство храма освящаетсяосвещается двенадцатью арочными окнами подкупольного барабана и двойным рядом проёмов в стенах. Внутреннюю сторону купола украшает живописная композиция «[[Православная иконография Троицы|Новозаветная Троица]]» с предстоящими [[Богородица|Богоматерью]], [[Иоанн Креститель|Иоанном Предтечей]], [[ангел]]ами и [[Серафимы|серафимами]]. В нижней части барабана изображены двенадцать угодников Божиих. На сводах находятся образы святых [[Евангелисты|евангелистов]]: [[Левий Матфей|Матфея]], [[Марк (евангелист)|Марка]], [[Лука (евангелист)|Луки]] и [[Иоанн Богослов|Иоанна]], живописные сюжеты из [[Новый Завет|Нового Завета]]. На западной стене собора размещены две композиции: «Бесплодная смоковница» и «Брачный пир», над ними — изображения «[[Иисус Христос|Спаситель]]» и «Господь [[Саваоф]]». У северной и южной стен храма стоят хоругви: «коронационная» с изображениями [[Николай II|Николая II]], архиепископа Мирликийского и святых членов императорской семьи, «феодосиевская», пожертвованная в Елоховский собор в 1897 году. В Богоявленском приделе находятся особо почитаемые святыни собора: чудотворный образ «[[Казанская икона Божией Матери|Казанской Божией Матери]]» и рака с мощами святого Алексия{{sfn|Любартович|2004|с=295—297}}{{sfn|Черкасов-Георгиевский|1992|с=15}}{{sfn|Глушкова|2007|с=177}}.
В большом алтаре представлены настенные росписи живописца Афанасия Куликова, выполненные в 1912 году и обновлённые в 1947-м. Среди них — композиции «[[День Святой Троицы|Сошествие Святого Духа на апостолов]]», «[[Рождество Христово]]», «[[Снятие с креста]]» и другие{{sfn|Любартович|2004|с=302}}.
