Архитектурно это небольшая одноглавая церковь кубического объема с трапезной, выполненная из дикого камня и кирпича. Здание имеет форму вытянутого креста, а его центральный объем перекрыт сомкнутым сводом с небольшим световым барабаном, украшенным аркатурными поясами и увенчанным куполом с золоченой луковичной главой. История собора тесно связана с событиями XX века. В 1938 году храм был закрыт, но вновь открылся в 1942 году во время немецкой оккупации. В 1943 году, во время Пасхальной службы, собор подвергся артиллерийскому обстрелу, что привело к разрушению части здания. В 2011 году в храме произошел пожар, уничтоживший внутреннее убранство, но в 2012-2014 годах он был восстановлен московскими иконописцами. В 2013 году он получил статус кафедрального собора Новороссийской епархии.