Внутри и снаружи собор украшен скульптурой, выполненной скульпторами И. П. Витали, Н. С. Пименовым, П. К. Клодтом и др. Многочисленные живописные и мозаичные картины покрывают стены и своды внутри собора. Они исполнены художниками К. П. Брюлловым, Ф. А. Бруни, П. В. Басиным и др. Во внутренней отделке использованы многие породы ценных камней - лазурит, малахит, порфир и мраморы различных оттенков.
