«Наружный вид храма представляет четырехконечный равносторонний крест, с 48 колоннами, простирающийся в длину и ширину на 30, а в вышину с крестом на 25 сажен.[22]
Фасады с четырех сторон однообразные с портиками, которые возвышены на 15-ти ступенях, и каждый портик состоит из 12 ионических колонн, вышиною в 17-ть аршин, с фронтонами, украшенными по приличию сего ордена и соединенными между собою открытыми террасами.[23]Сверх фронтонов на Уединенном аттике и возвышенных ступенях пять куполов, из которых средний украшен 12-ю колоннами и таким же количеством окон с арками; 16 кронштинов (кронштейнов) поддерживают на нем шар, на котором находится крест в сиянии. Таковые же шары с крестами в сияниях находятся и на прочих куполах, имеющих каждый по 8-ми окон. Храм снаружи оштукатурен и украшен лепною работою. Куполы крыты железом и выкрашены под белое железо, а портики зеленою краскою. Кресты, шары и кронштины вызолочены. Внутренность храма содержит 880 квадратных сажен,[24]поддерживается четырьмя большими колоннами и освещается 17-ю окнами, считая и находящиеся в куполах. В нем устроены в ряд пять престолов: главный — во имя Воскресения, на правой стороне ближний к главному во имя Александра Невского, ангела победоносного Императора Александра, в ознаменование любви и признательности к Благословенному Монарху, дальний — во имя Покрова Пресвятыя Богородицы, на левой стороне ближайший — Иоанна Воина, а дальний — Всех Святых. Иконостасы отлично убраны мелкою резьбою, и главный и три других вызолочены на полимент, и престолы освящены, а пятый — Иоанна Воина — не освящен, иконостас его скоро кончится позолотой, в скором времени освящен будет и он.Внутренность украшена лепною работою и расписана. Иконы почти все живописные, из них особенное внимание заслуживают две иконы в главном иконостасе — Спасителя и Божией Матери, писанные академиком Алексеевым. Здесь находится знамя Арзамасского ополчения 1812 года, которое обыкновенно выносится во время крестных ходов. Все здание стоит более 500 тысяч рублей и вся сумма жертвована арзамасскими жителями, без всякого постороннего пособия. Такой храм редко можно встретить не только в уездных, но и в губернских городах. Многие проезжающие посещают его и удивляются красивой наружности и в особенности внутреннему его благолепию…»
Высказал свое восхищение Воскресенским собором писатель Павел Мельников (Андрей Печерский): «… когда вы стоите в самой середине здания под средним куполом, вы видите окна только над головою, между тем освещения очень много. Окон в стенах из центра не видно, потому что косяки сделаны не прямо, а вкось; такое освещение и придает много эффекта».
… На освящение собора верующие собрались со всего уезда. Историк города писал: «Другого подобного торжества в Арзамасе, вероятно, уже не будет! Стечение народа было необычайное. Думали подсчитать число богомольцев по числу свечных огарков, собранных после освящения, насчитали двенадцать тысяч! Собор был полон, многие стояли вне стен его»
Николай Михайлович Щегольков описывает внутреннее убранство собора: «Расписывать собор взялся один из учеников Ступина Осип Семенович Серебряков с сыном Александром за изумительно дешевую цену, около 2000 рублей серебром, но расписал так, что и строгие критики не могли его упрекнуть… собор расписан „альфреско“ по сырой штукатурке (коричневой) тушью. Красками писаны только „Триипостасное Божество“ в главном куполе и „Распятие“ на горнем месте. Поэтому отсутствие пестроты придает всей внутренности храма величественный вид громадного целого. Обширные размеры здания дали мастерам возможность развернуть всю силу своего таланта. Все картины на сводах и стенах храма изображают земную жизнь Господа Иисуса Христа…»
В архитектурно-художественном замысле собора, в его внутреннем убранстве велика была роль академика А. В. Ступина. Художник и сам принял участие в росписи храма. Александр Васильевич в августе 1840 года расписал четыре фронтона. На восточном он изобразил «Восстание Господа от гроба — Воскресение Христово», на южном — «Вехозаветное явление Троицы Аврааму», на западном — «Собор всех святых» и северном — «Покров Пресвятые Богородицы». Художник преподнес также храму икону собственного письма «Моление о чаше».
Один из лучших учеников Ступина — академик Николай Михайлович Алексеев написал для собора местные иконы Спасителя и Божией Матери размером человеческого роста. Иконы — замечательные произведения изобразительного искусства.
Иконы для собора писали также бывший ученик Ступина И. А. Лебедев, И. А. Глазков.