Спасский собор построен в 1537—1542 годах на месте сгоревшего деревянного. Собор представляет собой пятиглавый храм на подклете, окружённый галереями, с тремя полуциркульными апсидами. Фасады здания поделены широкими лопатками на три прясла. Завершают прясла значительные по размеру закомары, средние из которых имеют больший размер, чем боковые. Переход к барабанам глав создаёт второй ярус закомар. Сильно выделяется по сравнению с боковыми центральная глава, имеющая в основании четыре закомары. Динамичное нарастание масс к центру формирует пирамидальную композицию. Архитектура собора в целом согласована с традициями московского зодчества первой половины XVI века. Основное отличие от других московских сооружений указанного периода — лаконизм и скупость обработки фасадов, лёгкие удвоенные полочки-уступы на лопатках, простой карниз с раскреповками, оконные проёмы без наличников. Верхние части барабанов глав имеют более разнообразный, но типичный для северно-русских храмов конца XV — начала XVI веков декор, аналогичные примеры встречаются в Кирилло-Белозерском, Ферапонтовом монастырях, ряды килевидных арочек, прямоугольных нишек и бегунца, которые на центральном барабане дополнены кирпичными балясинами и лентой поребрика.
Собор с трёх сторон, кроме восточной, окружает двухъярусная галерея-гульбище с необычными открытыми арками второго яруса с эффектными килевидными архивольтами, аналогичными закомарам. Галерея поздняя, появилась предположительно в 1654—1671 годах, во время проведения крупномасштабных каменных работ в монастыре. На галерею выходят три перспективных портала с колонками по бокам и килевидным верхом. С севера она заканчивается обширной двухэтажной ризничной палаткой с входом из алтаря. Время построения неизвестно, в монастырских записках значится, что она была перестроена в 1759 году. К западному порталу ведёт большое крыльцо XVII века с лестницей. В своей конструкции оно содержит толстые кувшинообразные столбы, поддерживающие двойные арки с висячей гирькой. Первоначальный шатровый верх крыльца в XIX веке был заменён двускатной крышей.
Коробовые своды ступенчатой конструкции поддерживают четыре массивных столпа. Внутри собора стены побелены. Вероятно, в древности они не были расписаны, хотя высказывалось и противоположное мнение. Своды и стены верхнего храма были украшены живописью в 1859 году, утрачена, нижний этаж не был расписан из-за необходимости частых поновлений по причине сырости.
К концу XIX века в верхнем этаже собора было три престола и ещё пять в нижнем.
Ранее в алтаре главного храма находились также престолы Димитрия Прилуцкого, Иоанна Богослова и Преображения. В 1656 году престол Димитрия Прилуцкого был перенесён в нижний этаж собора, а его место в нижнем отделении алтаря занял престол Иоанна Богослова. Преображенский престол после пожара 1811 года был перенесён в южную паперть на место существовавшего там ранее престола во имя святых мучеников Платона и Романа.
