Побудований в стилі неокласицизму, Троїцький собор увібрав в себе явні риси Ісакіевского і Троїцького Ізмайловського соборів м Санкт-Петербурга. Архітектура храму дозволила розмістити в ньому три вівтаря. Центральний був присвячений зішестю Святого Духа на апостолів (по-іншому це торжество називають святом Пресвятої Трійці, звідси і назва храму), в бічних межах були встановлені престоли на честь апостола і євангеліста Іоанна Богослова і мучеників Адріана і Наталії. За задумом творців, величний храм повинен був мати гідне внутрішнє оздоблення. Бажаючи повторити чудо Володимирського собору в Києві, до написання ікон був запрошений М.В. Нестеров. Вітраж «Трійця» робився за участю К.С. Петрова-Водкіна, а храмову розпис на полотнах виконав І.І. Нівінскій. На превеликий жаль, майже нічого з початкового оздоблення храму не збереглося до наших днів.