Мощи святителя Митрофана Воронежского в Благовещенском соборе находились в кипарисовой раке, стоящей на шести бронзовых ножках в виде орлов. На левой стороне раки было рельефное изображение погребения святителя. Под рельефом высечены слова императора Петра I, сказанные во время траурной церемонии: «Стыдно нам будет, если мы не засвидетельствуем нашей благодарности отданием последнего долга». С другой стороны раки помещалась надпись об открытии мощей в 1832 г., в которой упоминалось, что император Пётр I, как и император Николай I, тоже почитал святого. У главы, где совершались молебствия святителю, стоял архиерейский жезл – точная копия его жезла, хранящегося в ризнице собора. Над ракой на высоких серебряных колоннах возвышалась серебряная сень, изготовленная в Москве в 1860 г. Наряду с мощами почиталась ветхая мантия святителя из грубой крашеной ткани, которую часто носили по домам, где проживали тяжелобольные. В Благовещенском соборе также хранились 84 частицы мощей святых и часть ризы Господней. В Митрофановской трапезной церкви стояла кипарисовая рака святителя Митрофана, в которой первоначально пребывали его мощи. Иконостас Благовещенского собора, созданный в 1780 гг., был обновлён в 1868–1875 гг. Его изготовили из разноцветного мрамора, привезённого из Италии (стоимостью в 42 тыс. руб.) при посредстве московского подрядчика Петра Сантиновича Кампиони. Бронзовые базы и капители были изготовлены на средства санкт-петербургских фабриканта Феликса Шопена и купца Верховцева. Иконы были написаны художником И.А. Тюриным. Общая стоимость нового иконостаса составила около 80 тыс. руб. Настенная живопись в соборе отсутствовала. Его стены и своды украшал лепной орнамент. «Гладкие места окрашены в нежный бирюзовый цвет, а лепные – в белый». В начале XX в. на восьми столбах собора были помещены «16 картин, написанных на полотне», с изображениями святителей Митрофана Воронежского, Тихона Задонского, Михаила, митрополита Киевского, Петра, Алексия, Ионы и Филиппа, митрополитов Московских, Димитрия Ростовского, Иннокентия Иркутского, равноапостольных Владимира, Кирилла и Мефодия, преподобных Алексия, человека Божия, Анастасия Синаита, Сергия Радонежского, Иоанна Дамаскина и др. В алтаре был «величественный образ Великого Архиерея Господа Иисуса Христа», написанный И.А. Тюриным. В диаконнике и жертвеннике при алтаре находились портреты святителя Митрофана. Один был написан, по мнению исследователей, в последние годы его жизни и к началу XX в. «пострадал от времени».