Необычайной выразительности образов, раскрытых в алтарных полукружиях, во многом способствовало их первоначальное, ныне утраченное интенсивное цветовое звучание росписи. Теперь сохранилась лишь очень сдержанная, почти монохромная серебристо-перламутровая гамма, сочетающаяся с четкими контурными линиями, свободно очерченными рукой большого мастера. Ему же, несомненно, принадлежит и четко прорисованная полуфигура Пантократора в своде центральной главы, окруженная праотцами. Одной из самых значительных является композиция «Преображение» на восточной стене собора и примыкающем к ней своде. Здесь с наибольшей полнотой проявился талант художника-монументалиста, расположившего композицию в двух плоскостях и сумевшего использовать их разную естественную освещенность для лучшего раскрытия сущности сюжета. Центральная, прекрасно скомпонованная на поверхности свода фигура Христа словно парит в ореоле над падающими с горы апостолами, живописные силуэты которых едва различимы на затемненной стене.
Изображения орнаментированных пелен-полотенец, окружающих стены понизу, украшены декоративными кругами. Их рисунок поражает фантазией и красотой орнамента (илл. 12). Еще почти не изученные фрески Спасо-Преображенского собора предстают как ценнейшее произведение русской монументальной живописи XVI в. Современный собору 1516 г. тябловый иконостас позднее много раз переделывался. Сохранились лишь тринадцать икон деисусного ряда (все, кроме двух (ГРМ), в Ярославском музее). Это важнейший для ярославского искусства XVI в. памятник станковой живописи, в котором ярко выражено характерное для этого времени влияние московской школы. Иконы написаны в разной художественной, манере и выдают руку нескольких мастеров. Три центральные композиции («Спас в силах», «Богоматерь» и «Иоанн Предтеча») созданы художником, хорошо знакомым с утонченным искусством круга великого Дионисия. В той же изысканной манере написаны образы Георгия Победоносца, Дмитрия Солунского (илл. 14) и архангелов Михаила и Гавриила. Изящен и выразителен рисунок их стройных силуэтов, свободно вкомпонованных в обрез иконы. Наоборот, фигуры апостолов Петра и Павла могучи и грузны, а лики подчеркнуто индивидуальны. Возможно, что их автор повторяет более древние изображения из иконостаса предшествующего Спасо-Преображенского собора, уцелевшие при пожаре 1501 г. Желание следовать старым образцам можно видеть и в храмовой иконе «Преображение» того же времени (илл. 16).
Одной из самых интересных икон, украсивших новый Спасо-Преображенский собор вскоре после его строительства, была «Благовещение с акафистом» (песнопение в честь богоматери) с 24 клеймами, выполненное, скорее всего, московскими мастерами в традициях школы Дионисия (илл. 15; Ярославский музей). В иллюстрировании «Акафиста богоматери», широко распространенном в живописи с конца XV в., древнерусских художников привлекала глубокая поэтичность и торжественность образов этого литературного произведения. В сдержанных и изысканных по форме картинах-клеймах иконы «Благовещение» много живых и выразительных сцен, например купание младенца; интересны клейма, где изображены служанка за прялкой, фигуры всадников. Нарядная красочная палитра этой иконы, внимание к занимательным подробностям рассказа в ее житийных клеймах послужили тем образцом, которому следовали местные художники в XVI в.
Южный фасад Спасо-Преображенского собора, некогда обращенный к главной монастырской площади перед Святыми воротами, ныне закрыт огромной неуклюжей церковью Ярославских чудотворцев, построенной в 1827–1831 гг. по проекту П. Я. Панькова. Уже с 1218 г. у юго- восточного угла собора стояла миниатюрная церковь Входа в Иерусалим, замененная в 1617–1619 гг. одноименным трехглавым храмом с приделом. Его появление еще больше усложнило традиционную живописную асимметрию этой группы древнейших монастырских памятников, в которой Спасо-Преображенскому собору по-прежнему принадлежала ведущая роль. Фрагменты постройки 1617–1619 гг., сохранившиеся в наружных стенах церкви Ярославских чудотворцев, отчетливо просматриваются со стороны апсид.