Существующая ныне с утратами, холодная Ильинская церковь построена в 1746 году и являет собой образец каменной архитектуры раннего барокко. Первое упоминание о ней относится к 1628 году, в то время она именовалась «церковь Никола Чудотворец за острогом». В актах за 1674 год она именуется «церковь Святого Пророка Илии да в приделе Николая Чудотворца». Долгое время в документах и народной молве значилась, «Николы, что на погосте». Церковь двухэтажная, четвериком, к которому примыкает трехчастная апсида, а с западной стороны одноэтажная трапезная. Основным элементом украшения стен апсиды, четверика и трапезной является богато орнаментированные наличники окон и карнизы, узорчатым поясом, охватывающие верхние части объемов. Ребра объемов храма и трапезной отделаны в виде тройчатых полуколонок, как бы завершающих орнаментальную рамку. Южная стена церкви имеет порталы, чьи украшения дополняют узорчатый наряд, образующий на гладкой поверхности кирпичных стен ажурное светотеневое плетенье. Это придает всей массе храма изящную пластичность и легкость. Ильинская церковь свидетельствует о большом искусстве строительных дел мастеров Арзамаса.
По свидетельству Н.М.Щеголькова церковь была построена «чрезвычайно фундаментально и прочно, стены двухаршинной толщины, окна даже в куполе с решетками, что указывает на то, как тогда боялись разбойников, а может быть, даже и неприятельского нашествия. Пол в этой церкви был чугунный, пожертвованный прихожанами, именитыми купцами Цыбышевыми, которые имели тогда свои собственные чугунные заводы».
Внутреннее пространство церкви в длину от восточной стены алтаря до западной стены 40 аршин. В ширину от южной стороны до северной 14 аршин. Стены и свод верхнего купола были оштукатурены, покрашены розовой краской и расписаны. Главный алтарь посвящен Успению Пресвятой Богородицы. Освящен в 1746 году. Трапезная с двумя приделами. Правый придел освящен был в честь святого апостола Матфея. Левый придел был посвящен святому пророку Илии.
Историк русской церкви Макарий сообщает, что «в этой церкви есть резное распятие, приобретенное в конце 17 столетия посадским города Арзамаса Шаянским, иначе Кащеевым». Н.М. Щегольков в своем труде «Исторические сведения об Арзамасе» посвящает этой святыне целую главу «Сказание о Честном и Животворящем Кресте Господнем, находящемся в церкви Илии Пророка в Арзамасе».
Ильинская церковь вместе с теплой церковью Андрея Первозванного и высокой трехъярусной колокольней составляли ансамбль Ильинского прихода. Колокольня к сожалению не сохранилась.
