Собор, построенный под руководством Григория Фёдорова в 1710-е годы на месте разобранного древнего храма (первое упоминание с 1249 года), является характерным для ярославского зодчества XVII века. Он представляет собой пятиглавый храм, выполненный одним объёмом, без столпов.
Южный фасад храма обращён к городу и характерен портиком в стиле классицизма, пристроенным в XIX веке.
Роспись собора выполнена в начале XIX века также стиле в классицизма группой художников во главе с крепостным князя Голицына Тимофеем Медведевым.