Ikony znajdujące się w soborze napisane są w typowym dla sztuki osiemnastowiecznej Rosji stylu, łączącym elementy tradycyjnego malarstwa ikonowego z wpływami zachodnioeuropejskimi. Wizerunki świętych w ikonostasie przedstawiały świętych patronów żyjących i zmarłych członków rodziny carskiej oraz świętych Klemensa i Piotra Aleksandryjskiego, których wspomnienie wypadało w dzień objęcia władzy przez Elżbietę Romanową. Do 1760 ukończono prace nad ikonostasami i nakryto budowaną cerkiew dachem. Sobór przeznaczony był dla równoczesnego udziału 10 tys. wiernych w nabożeństwie. W latach 1756–1758 wzniesiono wolno stojącą dzwonnicę.
Dolną cerkiew, której patronem był św. Mikołaj oraz jej boczny ołtarz Ścięcia Głowy św. Jana Chrzciciela, poświęcił 5 grudnia 1760 arcybiskup petersburski Sylwester, w obecności carycy Elżbiety. Świątynia górna oraz lewy ołtarz dolnej cerkwi, którego patronem był św. Dymitr z Rostowa, zostały poświęcone 20 lipca 1762 przez arcybiskupa petersburskiego Beniamina, w obecności carycy Katarzyny II. Ona też jako pierwsza nazwała świątynię Morskim Soborem i poleciła odtąd określać ją w ten sposób, była także fundatorką dziesięciu ikon umieszczonych w dwóch kiotach w kształcie krzyża, upamiętniających sukcesy wojenne rosyjskiej floty.