Иконостасы устроены по типу древних невысоких алтарных преград, а не стенообразных сооружений XVII века, что позволило сделать открытой алтарную часть. В искусстве эклектики тщательность обработки камня ценилась едва ли не выше его природных эстетических свойств. Набранные из разных пород мрамора иконостасы и киоты с тонкими колонками и крупными кокошниками перенимают форму резных, деревянных. Сень над «памятным местом» в виде шатра на четырех колонках воспроизводит тип деревянных царских мест XVI-XVII веков. Она была выполнена из яшмьц орлеца, агата, нефрита, топазов. Рисунок мраморного пола – геометрический орнамент густых насыщенных тонов – вторит членениям внутреннего пространства и вместе с тем представляет самостоятельную композицию, в которой архитектор следовал античной традиции.
Использование редких и ценных минералов подчеркивало великолепие храма-памятника. Его интерьер отличает богатство пород русских самоцветов, дополненных итальянскими мраморами. Это целый музей камня и камнерезного искусства.
Собор Воскресения выделяется уникальным мозаичным убранством, занимающим в декоративном искусстве рубежа XIX-XX веков исключительное место – как по своим масштабам, так и по художественно-техническим особенностям. Монументальная живопись составляла важнейшую часть идейно-образной структуры храма. Общая режиссура мозаичного ансамбля принадлежала архитектору-строителю. Если снаружи мозаики акцентируют главные композиционные узлы, то внутри они полностью покрывают стены, пилоны, своды и купола. Площадь фасадных композиций составляет более 400 кв. м, интерьерных – более 6,5 тысячи кв. м.
Первоначально предполагалось привлечь к росписи интерьера живописцев-ремесленников, а мозаику включить лишь в оформление фасадов и выполнить из нее образа для иконостасов. В марте 1895 года был объявлен конкурс. В нем приняли участие фирма Сальвиатти из Венеции и Венецианское мозаичное общество, пользовавшиеся мировой известностью, Мозаичное отделение Академии художеств, имевшее большой опыт работы в Исаакиевском соборе, и первая в России частная мозаическая мастерская, основанная в 1890 году архитектором А.А. Фроловым. Предпочтение отдали образцам этой мастерской, благодаря высоким художественным качествам, прочности и быстрой удешевленной технике набора.
Через год после конкурса было предложено использовать мозаику и для интерьера. Создание оригиналов сначала поручили мастерской А.А. Парланда. Однако вскоре решили заказать работу известным художникам, тем более что уже в 1894-1896 годах М.В. Нестеров, А.П. Рябушкин, А.Ф. Афанасьев, В.В. Беляев, Н.А. Бруни, Ф.С. Журавлев, Н.А. Кошелев, A. Н. Новоскольцев, В.Е. Савинский и другие исполнили эскизы и картоны наружных композиций. В 1900 году В.М. Васнецов создал оригиналы мозаик во фронтонах крылец. К этому времени были в основном закончены эскизы и картоны интерьерной живописи. Наибольшее число композиций внутри храма принадлежало А.П. Рябушкину, Н.Н. Харламову, B. В. Беляеву и В.И. Отмару. Выполнение мозаик в материале началось в 1895 году, и к 1900 году изготовили большинство фасадных и половину интерьерных сюжетов.
После ранней смерти А.А. Фролова в июне 1897 года руководство мастерской перешло к его младшему брату, студенту Академии художеств Владимиру Александровичу Фролову, ставшему впоследствии крупнейшим мастером русской и советской мозаики. Продолжая изыскания брата, который первым в России освоил ускоренный обратный (венецианский) способ набора, он стремился глубоко осмыслить специфические выразительные возможности наборной техники. Главный создатель мозаичного убранства храма Воскресения Христова, В.А. Фролов содействовал возвращению этого искусства на самостоятельный путь.
В отличие от мозаик Исаакиевского собора, которые воспроизводили созданные ранее произведения масляной живописи, оригиналы сюжетов Спаса на Крови писались в расчете на их исполнение в смальте. Точность в передаче индивидуального почерка авторов эскизов сочеталась у В.А. Фролова с тягой к декоративной обобщенности форм и звучности колорита. Эти тенденции отвечали художественным установкам периода модерна и вместе с тем возрождали изначальную сущность монументальной мозаики как наборного искусства, неразрывно спаянного с архитектурой. Декоративность достигалась усилением нескольких основных тонов, четким определением границ светотени, цветов и оттенков. Набор упрощался и укрупнялся с увеличением высоты. Отказ от шлифовки смальты помогал выявить ее фактурность.