Первоначально храм имел пятиглавое завершение, но после пожара 1752 года надвратная церковь получила деревянный сводообразный потолок, четырёхскатную кровлю и одну деревянную главку на тонком барабане. Композиционное решение традиционно для надвратных комплексов. К основному кубу храмового объёма, поднятому на высокий подклет, с востока и запада примыкают равновеликие по высоте полукруглая одночастная апсида и небольшая трапезная. Высокое мастерство отличает художественное решение фасадов памятника. Пояса уступчатых ниш-ширинок с фигурными розетками, отмечающие углы подклетного этажа, продолжены тонкими полуколонками. Два яруса тройных окон обрамлены изящными наличниками, составленными витыми и гладкими полуколонками, трёхлопастными кокошниками и пластичными спиралями в завершении оконных проёмов верхнего света. Оригинальный карниз отрезает от стен фасада полуциркульные ложные закомары с раковинами красивого рисунка в их тимпанах. Ворота из которых одни (восточные) назывались Святыми, а другие являлись проезжими, хорошо увязаны с общей композицией храма. Стройное здание фланкируют корпуса настоятельских и братских келий, подобно своеобразным кулисам, придавая торжественность главному въезду в монастырь. В ноябре 1959 г. исполком Кировского совета депутатов постановил принять предложение об организации планетария в здании Никольской надвратной церкви. 20 декабря 1960 г. была прочитана первая лекция. Планетарий располагался здесь до переезда в январе 1969 г.