Перед нами типичный образец «сибирского барокко», зародившегося в Тобольске в самом начале ХVIII века и позже распространившегося по всей огромной территории Сибири. Его основные особенности здесь присутствуют — это и форма «корабля» с расположенными по оси «запад-восток» колокольней, снесённой в советское время, двухпридельной трапезной и наконец стройным двусветным четвериком, задающим вертикальную динамику постройки. Типичный образец-двойник Спасо-Преображенского собора находится в городе Тобольске. Это храм святых праведных Захарии и Елисаветы, строившийся в 1758-1776 годах. Именно на такие образцы «сибирского барокко» ориентировались создатели Спасо-Преображенского собора; сходство многих деталей тут очевидно. Южнорусское влияние в «сибирском барокко» объясняется тем, что долгое время, почти столетие, Тобольскую кафедру занимали выходцы из Малороссии. Особенно явно оно даёт о себе знать в пятиглавии с его боковыми колоколообразными главками на высоких тонких барабанах. Однако это — лишь одна из составляющих «сибирского барокко»: вообще говоря, направления вполне самобытного. И воспринимать Спасо-Преображенский собор как прямое эхо украинского зодчества, по меньшей мере, неосмотрительно. По большому же счёту, и вовсе неправильно.
Глядя на архитектурные детали Спасо-Преображенского собора, нетрудно заметить, что окна собора имеют разную форму, что вообще характерно для барочных храмов, стремящихся к изобилию в оформлении экстерьера. Основные окна, частью ложные, представляют собой высокие прямоугольники с полуциркульным завершением, в основном четверике украшенные рельефными бровками. «Вспомогательные» — круглой формы. В верхней части фасадов прорезаны четырёхлепестковые люкарны, выделенные изгибом карниза. На гранёную крышу четверика установлен восьмигранный световой барабан с завершением в виде как бы распластанного восьмигранного колокола. На нём — ещё один барабан, глухой, гораздо меньшего объёма, с опять же восьмигранной главкой. Боковые главы с барабанами являются, с небольшими отличиями, уменьшенными копиями центральной главы. Вообще, в основе устройства пятиглавия — принцип геометрического повтора с уменьшением объёмов в высоту, позволяющий сообщить конструкции изящную лёгкость и устремлённость ввысь. Симметричные приделы трапезной весьма лаконичны в своей геометрии, равно как и в декоре, — привычного барочного изобилия мы здесь не встретим. На протяжении двух веков они не однажды перестраивались и расширялись. Внешне — это прямоугольные объёмы со стенами, украшенными пилястрами и прорезанными основными окнами с полуциркульными завершениями и «вспомогательными», круглой формы. Портики, оформляющие главный вход в собор, восстановлены в новейшее время. Что касается первоначальных портиков, то само их наличие в барочном храме говорит об их позднем происхождении — появились они уже в эпоху классицизма, в пору «обустройства» ныне не существующей колокольни. В ходе реконструкции, проводившейся в начале ХХ века, портики были обращены в паперть, откуда осуществлялся вход на колокольню. Беспрестанные реконструкции трапезной части Спасо-Преображенского собора, проводившиеся до революции, имели своей целью увеличение «полезной площади» трапезного пространства, которое в зимнее время года, когда здесь совершались богослужения, не вмещало всех желающих помолиться. То есть причиной была теснота трапезной, разумеется, прихожан в Спасо-Преображенском приходе в те времена насчитывалось гораздо больше, нежели сейчас, и нам даже трудно представить, сколько их собиралось в соборе по большим церковным праздникам. Два мощных столпа, поддерживающие своды, позволили с севера и юга отделить два замкнутых помещения — в южном в наши дни устроена церковная лавка. Придельные храмы совершенно идентичны — как своими размерами, так и формой иконостасов. Почти полное совпадение деталей говорит о продуманности такого решения.
Северный придел освящён во имя святых первоверховных апостолов Петра и Павла, южный — во имя Михаила Архангела; здесь, в южном приделе, пребывает стекло с чудесно отобразившимся на нём Спаса Нерукотворным образом. В трапезной, благодаря огромным окнам, необыкновенно светло. Побеленные стены усиливают ощущение светоносного простора, а деревянный пол сообщает помещению ещё и атмосферу првинциального уюта. Арочный проём ведёт в центральную часть собора. В четверике, стены которого тоже побелены, до революции весь храм был расписан и эти росписи периодически переписывались и поновлялись, и того светлее — тому причиной второй ряд окон, плюс люкарны в верхней части фасадов. Восьмигранное завершение постройки изнутри открыто — закрыт лишь восьмигранный световой барабан. Стены членятся мощными выступами, соответствующими внешним пилястрам. Иконостас — трёхъярусный, новый, иконы для него писал местный художник Андрей Жуков. Вот как описывается в книге «Приходы и церкви Екатеринбургской епархии» центральный иконостас Спасо-Преображенского собора, утраченный в советскую эпоху: «Главное украшение храма составляет иконостас в главном приделе, устроенный в 1864 году на средства прихожан. Стоимость его простирается до 18 000 рублей, причём главную ценность составляют иконы, писанные в Академии художеств. Самый же иконостас в три яруса вызолочен на полимент и украшен со вкусом сделанною резьбою. Поновлённый в 1900 году, украшенный художественно исполненными иконами, иконостас этот приковывает к себе внимание посетителя и оставляет весьма сильное впечатление».
Одно из самых значимых событий в новейшей истории шадринского Спасо-Преображенского собора датируется ноябрём 2007 года, когда было обнаружено, что на стекле киота с надвратным Спаса Нерукотворным образом произошло «удвоение» иконы. 28 ноября 2007 года два служителя храма сняли икону Спасителя и занесли в собор, чтобы очистить запылившееся стекло. Каково же было их удивление, когда, подняв стекло. они обнаружили на нём отобразившееся изображение Спасителя! Изображение было необыкновенно чётким и при рассматривании на разном фоне выглядело то как негатив, то как позитив фотографии. Нерукотворный «отпечаток» на стекле решили оставить в храме, его поместили в резной киот и поставили в приделе Михаила Архангела, слева перед иконостасом. Множество православных людей приезжают именно в Шадринск специально для того, чтобы поклониться чудотворной святыни — «удвоенному» образу Спасителя.
