Традиционные полукруглые алтарные апсиды имелись в северном приделе Николая Чудотворца и южном приделе Входа Господня в Иерусалим (в 1789 г. северный придел был обращён в жертвенник, южный – в ризницу). Храм венчали пять деревянных, обитых белым железом луковичных глав. Внешний облик собора отличался простотой и лаконизмом декоративного убранства. Только барабаны глав были богато украшены аркатурно-колончатыми поясами, поребриком и сухариками. В соборе стоял тябловый четырёхъярусный иконостас, заменённый в 1780 гг. на резной золочёный трёхъярусный работы мастеров М. Шурухина, И. Кулакова, С. Соколова и Н. Лодвикова. Приделы святителя Николая и Входа Господня в Иерусалим имели двухъярусные иконостасы с резными царскими вратами, сенью и столбцами. Первоначально собор был расписан. Сохранившаяся стенопись «Притчи старческие» исследователи датируют рубежом XVII–XVIII вв., остальные росписи паперти выполнены позднее. Во второй половине XVIII в. стенопись была поновлена, около 1900 г. забелена. Одновременно с собором в середине 1650 гг. была выстроена каменная восьмигранная шатровая колокольня. Её монументальное четырёхгранное трёхъярусное основание несло открытый восьмерик звона, над которым поднимался стройный шатёр с двумя рядами оконцев-слухов, завершённый небольшой луковичной главкой с крестом. В 1750 г. на колокольне были установлены часы с боем. В 1682–1688 гг. по храмозданной грамоте первого Великоустюжского и Тотемского архиепископа Геласия на средства дьяка Мироносицкой церкви И. Мальцева перед западным входом в Архангельский собор была возведена надвратная церковь в честь Владимирской иконы Божьей Матери. Строили её специально для Владимирского образа, написанного устюжским иконописцем Афанасием Соколовым с московской святыни. Издавна существовавший в русском зодчестве тип надвратных храмов получил здесь своеобразное композиционное решение. Над трёхпролётными св. вратами, имевшими проезд в центре и более узкие проходы по бокам, возвышался четверик с трёхапсидным алтарём и крытой папертью-галереей, опиравшейся на три мощных, разных по форме (внешние – цилиндрические, внутренний – кубышкой) столба-пилона, соединённые асимметричными широкими арками. Храм был увенчан луковичной главой на круглом барабане с аркатурно-колончатым поясом и кокошниками в основании. Владимирская церковь отличалась богатством и разнообразием архитектурного декора. По мнению исследователей, наиболее выразителен главный – западный фасад здания, украшенный традиционными для XVII в. лопатками и полуколонками, фризами и ширинками, разнообразными узорными наличниками окон и нишами-киотами, карнизами и кокошниками. Великолепны нарядные перспективные порталы с колонками, оформляющие проезд и боковые входы. В XVIII в. обитая белым железом луковичная глава была заменена на железную шаровидную, деревянный крест – на ажурный металлический.