Профилированный карниз келий и собора украшен декоративным поясом. Торцевые части келий в пять осей были выделены декоративным кокошником по центральной оси. Большие филенки на них в верхних частях, как и на объёме собора, украшены своеобразным «зубчатым» поясом, напоминающим деревянные резные карнизы. Из крытой паперти в храм вели десять ступеней широкой каменной лестницы. К паперти был пристроен застеклённый фонарь с образом Нерукотворного Спасителя наверху, в медальоне. Над фонарём, во фронтонах стены храма находилось изображение Святой Троицы, по сторонам – образы Божьей Матери и святителя Тихона; на противоположной стороне алтаря в нише вне храма – икона Владимирской Божьей Матери. Храм освещали четыре окна, каждое высотой 4,3 м; кроме того, в главном алтаре было два окна, а в боковом алтаре и в ризнице – по одному. В западной части храма на хоры для певчих вела деревянная лестница. Внутри храм был отделан в византийском стиле; на стенах и сводах – роспись с сюжетами из Священной истории и Жития святителя Тихона. Внутри паперти на стенах были изображения, иллюстрирующие евангельские сюжеты (с правой стороны – «Спаситель указывает ученикам на вдовицу, опускающую в церковную кружку две лепты», слева – притча о десяти девах (частично сохранилась). В главном алтаре, в куполе, были изображены девять чинов ангельских, осеняемые Святым Духом в виде голубя, по стенам, справа и слева, – причащение Спасителем апостолов. В 1893–1896 гг. в храме была обновлена вся стенная живопись, произведён большой ремонт колокольни и келий, собор покрасили в жёлтый цвет. На горнем месте в большом резном дубовом киоте находился образ «Господь Славы на престоле», написанный в греческом стиле по золотому фону. Антиминс, освящённый митрополитом Исидором (Никольским), и большой медный вызолоченный ковчег, точная копия часовни Гроба Господня в Иерусалиме (по модели, хранившейся в Священном Синоде; 1870 г.), находились на престоле главного алтаря. Средний алтарь храма полукруглый, разделён капитальными стенами с пролётами. Выше иконостаса, на стене, находилось изображение «Святой Троицы Новозаветной», на западной стене – Богородицы в облаках, окружённой сонмом святых. С южной стороны – придел святителя Тихона c изображением Распятия с предстоящими на горнем месте. Четырёхъярусный резной иконостас из дуба и орехового дерева был богато декорирован резьбой в «московско-ярославском стиле» XVII в. (парные колонки с дыньками, профилированные карнизы, киоты-кокошники верхнего яруса, в том числе многочастный возвышающийся центральный киот-кокошник); иконы в стиле «древнего греческого письма» были написаны на вызолоченном чеканном фоне. «Детальный исполнительный чертёж иконостаса в византийском стиле» был составлен в 1867–1868 гг. А.А. Редковским «для построенной им церкви». Над царскими вратами была укреплена храмовая Владимирская икона Божьей Матери.