Первоначально собор объединял высокую шатровую церковь и восемь приделов пониже, освященных в честь тех святых, на дни памяти которых пришлись решающие бои за Казань. Теперь приделов одиннадцать, пристроено еще и большое крыльцо. Интерьер собора состоит из множества крошечных комнатушек, соединенных словно в лабиринте