Памятник выполнен в стиле позднего классицизма. Он представляет из себя бронзовую скульптуру на цилиндрическом постаменте. Постамент состоит из розового полированного гранита с вкраплениями серого цвета, имеет высокий цоколь и профилированный карниз. С лицевой (южной) стороны постамента выгравирована надпись «ЛОМОНОСОВЪ 1829 ГОДА», с тыльной — «ПЕРЕНЕСЕН 1867 ГОДА — и 1930 г.» Постамент покоится на двухступенчатом пьедестале, сложенном из серых гранитных блоков. Собственно памятник состоит из двух фигур — стоящего Ломоносова в ниспадающей римской тоге и подающего ему лиру обнажённого крылатого гения, опустившегося на левое колено. Обе фигуры расположены на выпуклом полусферическом основании, представляющем собой северную часть земного шара. На лире вырезаны буквы Е и П — вензель императрицы Елизаветы Петровны. На сферическом основании имеются надписи: с тыльной части памятника — «ПРОИЗВОДИТЕЛЬ Г. ДѢИСТВ. СТАТ. СОВѢТ. И. П. МАРТОСЪ ЛѢТА 1829 ГОДА», с лицевой стороны — «ХОЛМОГОРЫ». Памятник М. В. Ломоносову по постановлению Совета Министров РСФСР от 30 августа 1960 года № 1327 был включён в Список памятников искусства, подлежащих охране как памятники государственного значения.
Проект сооружения памятника Михаилу Ломоносову был инициирован в 1825 году епископом Архангельским и Холмогорским Неофитом (Докучаевым) и поддержан архангельским генерал-губернатором адмиралом С. И. Миницковым. За несколько дней они собрали по предварительной подписке в Архангельске более 2 тыс. рублей (в том числе сам Миницков пожертвовал 200 руб.), однако, зная, что сооружение памятника потребует значительно бо́льших расходов, решили ходатайствовать через министра народного просвещения А. С. Шишкова перед императором Александром I о проведении всероссийской подписки. В марте 1825 года император одобрил это ходатайство. Объявление о подписке было напечатано в «Санкт-Петербургских ведомостях».
Свои пожертвования на создание памятника Ломоносову внесли Императорская академия наук (1000 руб.), чины 2-й армии графа Витгенштейна (1000 руб.), чины отдельного корпуса внутренней стражи (1584 руб.), чины морского ведомства (897 руб.), чины Казанского учебного округа (876 руб.), чины Санкт-Петербургского университета (200 руб.), графы Д. И. Хвостов (3345 руб.), С. И. Воронцов (2000 руб.), Н. С. Мордвинов (200 руб.), В. Г. Орлов (500 руб.), Н. П. Румянцев (500 руб.), С. П. Румянцев (300 руб.), Д. Н. Шереметев (300 руб.), С. С. Уваров (200 руб.), князья С. М. Голицын (200 руб.), Д. В. Голицын (100 руб.), Ю. В. Долгоруков (100 руб.), московский предводитель дворянства П. Х. Обольянинов (100 руб.), генерал-адъютанты В. В. Левашов (100 руб.), И. Ф. Паскевич (100 руб.) и А. А. Закревский (100 руб.), митрополит Киевский Евгений (545 руб.), епископ Харьковский Виталий (300 руб.), Санкт-Петербургское купечество (1000 руб.), архангельские купцы Амосов, Брант и Грель (600 руб.), Архангельское мещанское общество (300 руб.) и простые мещане, крестьяне, купцы и священники. Внучка Ломоносова — Софья Алексеевна Раевская прислала тысячу рублей, однако по её просьбе это пожертвование было указано в документах как пришедшее «от неизвестной знатной особы». Наиболее крупное пожертвование — 5000 рублей — было сделано Николаем I. Подписка, продолжавшаяся десять лет, до 1835 года, принесла в общей сложности 53 395 рублей 3,5 копейки. Большой вклад в организацию подписки и сооружения памятника внёс поэт и сановник Д. И. Хвостов, постоянно привлекавший жертвователей из петербургского высшего общества и помогавший своим влиянием устранять различные бюрократические проволочки.
