Казанский собор, выразительный памятник культового зодчества в неорусском стиле. Крупный монументальный объем был завершен утраченным в советское время пятиглавием на деревянных барабанах. При строительстве храма кроме традиционного кирпича использовался монолитный бетон, финский гранит и асфальт. Квадратный в плане, двусветный с высокой трехчастной апсидой алтаря и двухъярусным притвором главного входа четверик собора покрыт четырехскатной кровлей. Особую выразительность трехчастной композиции боковых фасадов придают широкие арочные окна второго света. Их размеры зрительно увеличены заглубляющими нишами с мелкорустованными архивольтами и металлическим карнизом, имитирующим закомары в основании широкого аттика с полукруглыми тумбами, отмечающими членение фасадов на три прясла. Размеры верхних проемов контрастно подчеркнуты значительно меньшими, попарно размещенными арочными окнами первого света. По осям более широких средних прясел на боковых фасадах помещены порталы арочных входов, в отличие от которых главный, на западной паперти, имеет более разработанную перспективную профилировку, включающую парные колонки с кубышками по сторонам и архивольт из двух рядов полувала, перехваченного поясками. Второй ярус над этим порталом занимает вместо окна крупная ниша киота с арочным трехлопастным завершением, обрамленным мелким рустом из западающих и выступающих рядов кладки. Над ней, повторяя полукруглую форму кровли киота, выступает кованый ажурный навес, защищавший бывший здесь прежде образ Казанской Богоматери. Декоративное убранство фасадов включает двухрядный пояс мелких заглубленных колонок, отмечающий импосты арок верхних окон, продолженный в качестве фриза на апсидах. Ряд тех же колонок подчеркивает междуярусное членение в каждом из прясел фасадов. В основании нижних окон пропущен ряд бегунца, включенный, как и импостный пояс, в декор завершающего четверик аттика. Убранство дополняют изящные парные архивольты из полувала над нижними окнами и небольшие ниши киотов над порталами боковых фасадов. Апсиды алтарной части прорезаны высокими и относительно узкими окнами. Внутри храм перекрыт парусным сводом и связан тройными проемами с главным и двумя придельными алтарями. Оштукатуренные стены окрашены в зеленоватый колер с орнаментальной росписью по углам свода. Алтарную стену над уровнем бывших здесь прежде мраморных иконостасов заполняет роспись на тему, «Тебя, Бога, хвалим», изображающая расположенные в двух регистрах группы святых, устремленных с обеих сторон к престолу, написанному над царскими вратами. Масляная роспись выполнена одновременно с постройкой храма бригадой палехских художников под руководством И.И. Парилова. В цветовой гамме преобладают синие и охристые тона. В центральной арке алтарного проема сохранились царские врата иконостаса с накладной рельефной резьбой, обрамляющей фигурные проемы филенок, где размещались иконы Благовещения и Евангелистов. Полы собора выложены метлахской плиткой.
Подвальное помещение, расположенное только под алтарной частью, предназначалось первоначально для ризницы.
