Казанский собор построен в русском стиле конца 80—90-х годов XIX века, направления, тяготеющего к узорочью. Архитектором собора был Василий Антонович Косяков.
Основное здание трехпридельного храма представляет в плане квадрат, усложненный с западной стены чуть более низким, чем основной объем, притвором, а с восточной стены трехчастной апсидой с огибающей ее по периметру обходной галереей, также более низкой, чем сами апсиды. Храм имеет три идентичных входа, главный с запада и два боковых с севера и с юга, к каждому из которых ведет высокая лестница. У западного входа лестница прямая и широкая, у двух других узкие двухмаршевые. Три арочных крыльца с гирьками стоят на резных колоннах, завершающихся крутыми треугольными фронтонами. Собору присущи высокие, узкие, щелевидные окна. Окна первого этажа обрамляют рамочные наличники. В середине всех фасадов, кроме западного, огромная килевидная закомара. На северном, западном и южном фасадах выполнены большие резные фронтоны, образованные двумя пилястрами, соединяющимися полукружием вверху. Пилястры украшены ширинками. По трем фасадам расположены карнизы с дентикулами. Здание увенчивается мощным пятиглавием. Изначально все барабаны были световыми, но после восстановления куполов в конце XX века окна четырех меньших глав были заложены. Сейчас только одна центральная глава световая, открытая в пространство интерьера. Основания боковых глав украшают пояса кокошников. Одна из боковых глав служит теперь колокольней. Храм поднят на высокий цоколь и имеет очень ажурную кладку из красного кирпича. Вместо облицовочной плитки собор был покрашен золотисто-песчаной краской, облезшей со временем и оставшейся только в некоторых местах. В целом все внешнее убранство собора очень симметрично и пропорционально.
Замышлялся храм как зимний, в подвале были две большие печи, в стенах проходят дымоходы, но требовалось слишком много древесных ресурсов и угля, чтобы протопить весь собор, поэтому функционировал он только в качестве летнего храма.
Внутреннее убранство собора было и остается весьма скромным. Расписана была только алтарная часть, остальное храмовое пространство покрашено белой краской. По колоннам и карнизам раньше были лепные гипсовые украшения растительного орнамента. В храме была выполнена высокая шестиступенчатая солея с двухъярусным киотным иконостасом, не сохранившимся до наших дней. Солея была отделана цветной плиткой. В окнах редко встречаются цветные стекла. На четырех мощных цепях от перекрещивающихся арок сводов, поддерживающих купол, было подвешено массивное медное паникадило, к настоящему моменту утраченное. Перекрестия арок сводов также были декорированы лепниной. На крыше собора центральную световую главу обходит крытая галерея с выходами в пространство барабанов меньших боковых глав. На западной стене расположены хоры.
По северной стене собора в настоящий момент организован небольшой музей ценностей Даниловского монастыря, которые удалось сохранить после его закрытия. В основном это предметы обихода и личного пользования бывших настоятелей собора и сестер: одежда, посуда, швейная машинка и т.п.
Между южной и западной стенами внутри собора устроен маленький храм, в котором в настоящее время проходят службы. Храм отапливается, что позволяет проводить там службы весь год. Расписан был местным художником Владимиром Середой в 2005 году.
