Собор представляет собой четырёхстолпный, пятиглавый, трёхапсидный храм, поднятый на высокий подклет, с четырёхскатным покрытием. С севера он почти целиком закрыт одноглавым придельным храмом Рождества Христова. К приделу примыкает небольшая, всего в три окна, трапезная, у северо-западного угла которой поставлена колокольня, достроенная в 1887 году. С запада к собору пристроена пониженная закрытая галерея с крыльцом. В подклете размещался тёплый придельный храм Покрова Богородицы. Собор поставлен так, что его южный фасад, не имеющий пристроек, обращён на дорогу, ведущую в Чухлому и Галич. Таким образом, южная сторона собора является его главным фасадом, полным величия и парадной официальности.
При подъезде к Солигаличу по старинному чухломскому тракту собор воспринимется сразу же и целиком, вследствие чего производит весьма сильное впечатление. Напротив, северный и западный фасады собора, закрытые приделами, галереями, колокольней и лестничными рундуками, были обращены в сторону посада - к его торгу с лавками, к кузницам вдоль Шашкова ручья, к солеварням. Территориальная близость собора к посаду во многом определила ассиметричную объёмно-пространственную композицию здания и особый характер его декоративного облика. В убранстве фасадов Рождественского собора преобладают ширинки, сгруппированные почти повсеместно в виде вертикальных лент с полуколонками. Ширинками украшены южный фасад собора, его подклет, придельные храмы, галереи и крыльца. В декоре галерей и придельного храма Авраамия Городецкого под колокольней ширинки собраны в "пучки", образуя большие красочные пятна в убранстве здания. Вертикали ширинок, находясь на месте традиционных лопаток, имеют декоративное значение. В донца ширинок почти везде вмонтированы белокаменные резные вставки в виде скульптурных изображений коней, балясин, просвирок, сердечек, восьмиконечных звёзд и розеток. В некоторых ширинках эти белокаменные вставки сгруппированы то "двойнями", то "тройнями". Такое обилие ширинок и резной белокаменной орнаментики встречается в убранстве русских общественных зданий ХVIII века крайне редко.
Собор имеет пять главок над четвериком. Двухъярусная композиция каждого из пяти световых барабанов, суховатое измельчённое убранство этих барабанов, их пьедесталы, выступающие в виде "пирамидок" из кровельного покрытия здания и отражающие конструкцию сводов под барабанами, всё это воспринимается очень необычно в облике собора и напоминает устюжские и особенно тотемские памятники архитектуры. Портал расположен в центральном прясле южной стены собора, в нижнем ярусе - подклете. Портал перспективный, с килевидным профилированным завершением. В тимпане портала находится квадратный белокаменный киот. Окна основного этажа (верхнего яруса), и подклета примерно равны по высоте. Форма обрамляющих проёмы наличников также совпадает. Наверху окна имеют арочные формы, внизу - прямоугольную.
Констуктивно основное строение собора следует отнести к крестово-купольной трёхпролётной арочно-стоечной системе, выполненной из кирпичной кладки на известковом растворе. На четыре центральных столба опираются главные и боковые подпружные арки, главные арки, несущие центральный световой барабан, а боковые являются основанием для коробовых сводов и угловых световых барабанов, боковые подпружные арки и коробовые своды опираются на наружные стены. Внутренний объём собора четверика делится на два яруса, собственно церковь и подклет с промежуточным перекрытием из системы цилиндрических кирпичных сводов, опирающихся на четыре центральных столба и наружные стены здания. Подклет имеет высоту порядка 3 м, а второй этаж - 12 м. Наличие промежуточного перекрытия позволяет заметно уменьшить свободную высоту центральных столбов и тем самым несколько улучшить их устойчивость. Изюминка интерьера собора - его резной позолоченный иконостас. Это незаурядное произведение в стиле барокко. Трёхъярусная композиция определяется многообломными карнизами, раскрепованными над витыми колоннами и каннелированными пилястрами, членящими иконостас на прясла. Среднее прясло с Царскими вратами и балдахином над ним выделено более крупными колоннами. Каждый ярус включает по два ряда икон. Верхние иконы на первом ярусе заключены в картуши, а на третьем - в овальные медальоны. В алтаре главного храма сохранилась надпрестольная сень, опирающаяся на четыре витые колонки, украшенные гирляндами, и с волютами в завершении. В северном приделе можно наблюдать остов одноярусного деревянного иконостаса с многолопастными завершениями над арочными рамами. В интерьере основного этажа сохранились настенные росписи. В храме большую роль играет гризайльная живопись. Своды под главами расписаны кессонами, остальные заняты растительно-орнаментальными композициями. На стенах библейские сюжеты.
Первоначальные строительные работы проведены в 1660-е годы. Возобновлено стоительство в 1792-1794 гг. Освящение состоялось 19 марта 1805 года. Колокольня достроена в 1887 году. Высота верхнего этажа составляет 12 м., нижнего - 3 м. Общая высота каменного фундамента около 2 м., его ширина - от 2,9 до 3,2 м. Собор передали церкви в начале ХХI века. Музей покинул его стены. Однако литургическая жизнь собора не налажена, освящение храма не проведено, приход отсутствует.
Журнал "Православные Храмы. Путешествие по Святым местам". Выпуск № 216, 2016 г.