Собор Андрониковой Божьей Матери в духе "тоновской" архитектуры - типичный образец пятиглавого крестовокупольного храма с центральной световой главой. Кирпичное на высоком гранитном цоколе здание побелено с покраской деталей охрой. Шестистолпный храм завершен барабанами-восьмериками, несущими массивные золоченые маковицы. С востока примыкает низкая апсида, с запада - объем с гранитными лестницами на хоры. Боковые фасады с центральными ризалитами завершены крупными ложными закомарами. В нижней части ризалиты обработаны разнообразными филенками с крестами, а в верхней - аркатурно-колончатыми поясами, в которых окна чередуются с нишами. Опирающийся на четыре столба и подпружные арки центральный барабан имеет внутри круглое сечение. Ветви креста перекрыты коробовыми сводами с распалубками. Глухие барабаны стоят на крестовых сводах угловых компартиментов. Под притвором расположена усыпальница. На стенах и сводах сохранились фрагменты сюжетных и орнаментальных композиций. Хоры ограждены ажурными чугунными балясинами.