Sobór został wzniesiony w całości z cegły. Jego wysokość od podstawy do wierzchołka krzyża na głównej kopule wynosi 59 metrów, zaś wysokość dzwonnicy – 80 m. Długość świątyni wynosi 71 m. Jest ona przeznaczona do równoczesnego udziału 4 tys. wiernych w nabożeństwie. Ikonostas w soborze wykonany został z białego marmuru przez moskiewskiego artystę Wasilija Orłowa, ikony dla niego wykonał Andriej Danilewski. Autorami fresków na ścianach soboru są malarze charkowscy Swiatienko i Marczenko, którzy w swojej pracy naśladowali dekorację soboru św. Włodzimierza w Kijowie oraz w mniejszym stopniu soboru Chrystusa Zbawiciela w Moskwie.
Jeszcze w listopadzie 1919 w bezpośrednim sąsiedztwie soboru została otwarta cerkiew św. Andrzeja Rzymianina, zaś od strony dzwonnicy – kaplica św. Michała Archanioła i św. Mojżesza. W latach 1922–1924 o obiekt toczone były spory różnych organizacji kościelnych, zaś władze bolszewickie kilkakrotnie planowały jego całkowite zamknięcie dla celów kultowych. W latach 1925–1926 w obiekcie odbywały się koncerty muzyczne, jednak nadal był on czynny;