Кубический объём собора поставлен на мощный цоколь и увенчан пирамидально расположенными пятью главами на барабанах (центральный крупный, световой, с 16 окнами; в северо-западном помещена звонница). С востока к нему примыкают три полуциркульные апсиды (нижнюю часть центральной апсиды охватывает галерея), с запада – притвор, равный по ширине храму. Основной объём декорирован в стиле «узорочья» XVII в. (профилированные кокошники, карнизы, ширинки на лопатках, колонки, валики, греческие кресты). Важными и типичными для В.А. Косякова мотивами декора исследователи  называют тройные полуциркульные окна с навершиями из килевидных кокошников, разделённые колонками на три четверти с муфтами и заключённые между широкими лопатками, декорированными ширинками. Мотив щипца – один из самых распространённых в декоре. Центральные прясла фасадов с трёх сторон выделены ризалитами и завершены гигантскими килевидными кокошниками. Такой же кокошник венчает и восточный фасад. Широкие пояса поребрика делят фасады на горизонтальные ярусы. Полуциркульные двойные и тройные окна оформлены наличниками с килевидными кокошниками; ряды кокошников также украшают верхние части фасадов, по два ряда помещено в основании барабанов глав. В том же стиле сооружены с запада, севера и юга одинаковые крыльца с щипцовым верхом и висячими гирьками по центральной оси. На открытую площадку перед главным, западным входом ведёт широкая лестница. Апсиды и барабаны глав оформлены полуциркульными окнами и «романо-византийскими» аркатурно-колончатыми поясами. При постройке Казанского собора (как и в Успенской церкви в Санкт-Петербурге) была применена система перекрещивающихся железобетонных арок с большим пролётом. Пилоны, служащие опорами для арок, декорированы парными колоннами и лепными карнизами. На втором этаже высокого притвора размещались хоры. Храм возвращён РПЦ в 1988 г.; в 1992 г. открыт как приходской; в 2002 г. принято решение о возрождении монастыря. К Успенской церкви и Казанскому собору близок по архитектуре Свято-Николаевский морской собор в Либаве (ныне Лиепая, Латвия). Он был заложен 4 июня 1900 г. в районе Кароста порта имени императора Александра III и освящён 22 августа 1903 г.; оба раза в церемонии участвовал император Николай II, который внёс значительные пожертвования наряду с военным ведомством (общая стоимость постройки составила 500 тыс. руб.). В.А. Косяков спроектировал собор и осуществлял общее руководство строительством. Пятиглавый храм на 2,5 тыс. человек отличается от аналогов высокой колокольней, расположенной над центральным входом. К боковым фасадам примыкают крыльца, завершённые щипцами, с востока – полуциркульная в плане апсида. Барабаны декорированы аркатурно-колончатыми поясами, в основании барабанов расположены два яруса кокошников. Фасады завершены массивными килевидными кокошниками и выделены тройными окнами. Над куполами храма были установлены ажурные кресты, центральный – с якорем. Собор стоит на высоком бетонном основании, облицованном гранитом и песчаником. Стены выложены из красного кирпича и облицованы жёлтым фигурным кирпичом, декорированы в формах XVII в. (кокошники, ширинки, колонки и т.д.).