У центрі території ансамблю за муром з монументальними брамами, в оточенні столітніх дерев підноситься білосніжний кристалічний об’єм собору, увінчаний п’ятьма блакитними цибулястими баньками на глухих циліндричних підбанниках. Висотний центральний четверик контрастує з приземкуватими апсидами, північним бічним вівтарем Введення в храм Пресвятої Богородиці, південним бічним вівтарем архангела Михаїла, галереєю, ґанками, що оточують його з усіх боків. Такий тип храму є традиційним для московського зодчества XVII століття. Собор датується 1617-1693 роками. В межах цього хронологічного періоду виокремлюються два етапи будівництва: на першому було зведено четверик основного об’єму з апсидою; на другому, ближче до кінця XVII століття, — Введенський бічний вівтар та аркадну галерею з західного й південного боків.

Собор неодноразово перебудовувався, зокрема в 1822 та 1834 роках, а також капітально ремонтувався з елементами наукової реставрації у 1899 році. Під час цих перебудов були замуровані арки галереї з улаштуванням на їх місці вікон, а також нового склепінчастого перекриття. В 1822 році у південній частині галереї було влаштовано бічний Михайлівський вівтар; розширено деякі старі вікна, підвищено дахи апсид. Тоді ж центральний четверик собору був сполучений з південною частиною галереї за допомогою трьох арок, пробитих у стінах, а в 1899 році було пробито ще дві арки — між четвериком та Введенським бічним вівтарем. Під час ремонт)-1899 року в соборі влаштували парове опалення.

Основний об’єм собору квадратовий у плані, вівтарна апсида — напівкругла. З півночі прилягає тридільний бічний вівтар, що має напівкруглу апсид)’, а з заходу й півдня — одноповерхова аркадна галерея з трьома ганками. Храм має дуже цікаву, пластичну й архітектурно надзвичайно виразну систему перекриттів. Центральний четверик перекрито зімкнутим чотирилотковим склепінням, бічний вітар — зімкнутим та лотковими склепіннями з розпалубками. Центральна вівтарна апсида перекрита склепінням складі юго типу на двох паралельних підпружпих арках. Галерея перекрита циліндричним склепінням, ґанки — хрестовими склепіннями. Стіни четверика стягнуті залізними затяжками.

Незважаючи на монументальні форми і великі розміри, собор дуже вишуканий і граційний, побудований у дусі архітектури петрівського часу. Стіни розчленовано на три прясла тоненькими півколонками, згрупованими в пучки на наріжниках. Вікна розміщено в два яруси. У нижньому вони великі прямокутні, з облямуванням витонченої скульптурної роботи з розірваними сандриками, а у верхньому ярусі — восьмикутні. Стіни вінчає високий аттик, декорований підковоподібними закомарами. Це характерна деталь давньоруської архітектури, проте трактована вже в новоєвропейському дусі.

Інтер’єр вражає висотою єдиного нерозчленованого внутрішнього простору, щедро освітленого завдяки численним вікнам. Це різко контрастує з низенькими затемненими галереями й приділами, що з’єднуються з центральним об’ємом широкими арками, пробитими під час ремонтів у XIX столітті. Стіни всередині первісно були побілені, а на їхньому тлі яскравим декоративним акцентом виділявся іконостас.

За православною традицією іконостас є духовною домінантою кожного храму. Він розвинувся в пізньому середньовіччі з одноярусної передвівтарної перегорожі й став завісою, що відділила вівтар — святая святих — від решти святині. Вівтар належить невидимому світові. Його відокремлення від решти храму необхідне задля того, щоб святая святих не втратила для вірних свого містичного значення. Проте це відокремлення не глухим муром, а за посередництвом чогось реального, що людина сприймає подвійно: фізично — тілесними очима і метафізично — очима душі. Таку подвійну — матеріальну й ідеальну — сутність має іконостас, що на землі уособлює небо. Тут ми бачимо святих, які існують одразу в двох світах, поєднуючи їх.

Іконостас — це вікна в інший, неземний світ, це видима ілюстрація невидимого Царства небесного дана нам для того, щоб допомогти подолати духовну млявість і сліпоту.

Іконостас Спасо-Преображеиського собору, влаштований близько 1693 року (це найбільш вірогідна дата завершення будівництва собору), унікальний хоча б тим, що він — єдиний, чудом уцілілий на Лівобережній Україні з доби кінця XVII — початку XVIII століть. Його барвистий, пишний килим є справжньою окрасою строгого й лаконічного інтер’єру пам’ятки. Він шестиярусний і своєю вершиною майже сягає зеніту склепіння дуже високого храму. За типом композиції більше подібний до російських іконостасів: горизонтальні розкріповані карнизи й вертикальні різьблені колонки утворюють прямокутну сітку, в яку вкомпоновано ікони. Яруси неоднакові за висотою, а монотонність горизонтального ритму перебиває широке середнє поле, що відповідає царським вратам. Іконостас має характерні українські дверні отвори царських і дияконських вратзі зрізаними кутами, пишну виноградну лозу, що оплітає колонки, наскрізне різьблення колон першого ярусу, типове для України кінця XVII століття, барокове різьблення іконних рам нижнього ярусу з рослинним орнаментом, що нагадує заставки українських стародруків. Певно, українські спицарі, виконуючи замовлення монастирської братії та фундаторів — путивльських «дітей боярських» — внесли до канонічної для Московії загальної композиції характерні риси, притаманні тогочасному українському мистецтву. Не виключено, що вибір композиції іконостаса продиктували особливості інтер’єру, в якому висота вдвічі перевищує ширину. Інтер’єр цього собору разом з іконостасом є рідкісним на сьогодні зразком органічного, високомистецького синтезу художніх традицій двох народів.