Первоначально храм увенчивало пять деревянных глав, заменённых позднее железными двухступенчатыми главами в стиле барокко, с железными крестами сложной формы. Стены четверика разделены лопатками на три прясла, завершаются карнизом и закомарами (позакомарное покрытие утрачено). В каждом прясле – высокие окна, растёсанные, вероятно, в более поздний период; в центральных закомарах – киоты для икон. Приделы имеют кубические объёмы, увенчаны небольшими главками, апсиды лепесткового плана примыкают к центральной апсиде храма; верхние части стен приделов украшают по три кокошника. Два яруса галереи разделены декоративным поясом с ширинками, в оформлении нижнего выделяются столбы-опоры, проёмы верхнего, вероятно открытого, яруса были впоследствии заложены. От первоначального убранства храма сохранилось окно с наличником в виде полуколонок с дыньками и треугольным фронтоном (в подклете северного придела), перспективный портал (в нижнем ярусе части галереи). Одновременно с собором была выстроена каменная колокольня. Над низким, с трёх сторон прорезанным арками квадратным в плане основанием, служившим входом в собор и соединённым с галереей крытой лестницей, поднимается высокий, стройный восьмерик, заканчивающийся ярусом звона и увенчанный каменным шатром, прорезанным двумя рядами слухов. Шатёр завершается небольшой луковичной главкой и крестом над ней. На колокольне были часы и семь колоколов общим весом около 70 пудов. Уникальное украшение Троицкого собора – пятиярусный резной золочёный иконостас, построенный на пожертвования устюжан в 1776–1784 гг. вместо обветшавшего деревянного иконостаса. Прототипом послужил иконостас Зачатьевского собора ростовского Спасо-Иаковлевского монастыря. Иконостасная резьба выполнена тотемскими мастерами братьями Николаем и Тимофеем Богдановыми с использованием традиционных для елизаветинского барокко форм (гирлянды, волюты, рокайль и т.п.). Иконостас отличает обилие деревянной скульптуры (около 50 фигур ангелов, херувимов, святых). С особой тщательностью выполнены образы Христа и Господа Саваофа. Позолота иконостаса нанесена в сложной технике двойника со сплошными цировками артелью подмосковного мастера П.А. Лабзина. Иконы, отличающиеся изяществом, точностью рисунка, богатой цветовой палитрой, написаны устюжскими иконописцами – купцами Алексеем Васильевичем Колмогоровым, Егором Александровичем Шергиным и протоиереем устюжского Успенского собора Василием Афанасьевичем Аленевым. Композиции икон, заимствованных с западноевропейских гравюр, отходят от традиционных православных канонов. В 1729–1740 гг. в Гледенском монастыре была построена каменная тёплая церковь в честь Тихвинской иконы Божьей Матери с трапезной. Прототипом послужила Введенская церковь с трапезной Михаило-Архангельского монастыря. Строительство велось ярославским мастером каменных дел М. Борисовым, заложившим фундамент, и устюжскими каменщиками под руководством Н. Шубинского. Это двухсветный четверик, на подклете, увенчанный главкой на высоком восьмигранном барабане, с большой пятигранной апсидой, установленной на полукруглом в плане помещении подклета.