В нижней части алтарных столпов, среди ветхозаветных царей, написаны два русских государя — Михаил Фёдорович и его сын Алексей Михайлович. Оба с нимбами, оба в царском платье, и стоят они в одном ряду с Давидом, Соломоном, Владимиром, Борисом и Глебом. Роспись семнадцатого века поставила царскую семью рядом со святыми.
Собор сложился из двух построек. В 1507–1511 годах здесь поставили небольшую бесстолпную церковь Спаса — без внутренних опор, под одним сводом; это, по мнению исследователей, древнейшее из сохранившихся каменных зданий обители, и стояло оно над могилой основателя обители. В конце шестнадцатого века к ней пристроили четырёхстолпный храм, а маленькую переименовали в Евфимиевский придел. Она и теперь примыкает к собору с юго-востока — приземистая, со своей главкой, будто старый дом, к которому приставили новую стену.
Строили по образцу древних белокаменных храмов. По фасаду тянется пояс из небольших арок на коротких колонках — такой пояс называют аркатурно-колончатым, и он сразу выдаёт древность. Позже в него врубили окна, и ровный шаг арок сбился. Наверху — пять глав на высоких основаниях и ещё две поменьше, над приделами. В восемнадцатом веке стены обступила галерея, в девятнадцатом с севера пристроили Сергиевский придел, а паперть охватила храм с трёх сторон.
Внутри пространство держат четыре мощных столпа; алтарные апсиды глубокие, окна в них узкие, без наличников. Роспись семнадцатого столетия идёт четырьмя полосами и опоясывает весь храм: внизу — деяния апостолов, выше — земная жизнь Христа. В центральном куполе помещена «Отечество» — образ, особенно любимый костромскими мастерами. Многофигурные сцены стоят вплотную, среди пейзажей и причудливых построек, и почти каждая снабжена подписью. В девятнадцатом веке фрески поновили, а с конца семидесятых годов двадцатого века реставраторы начали раскрывать первоначальный слой; эта работа заняла десятилетия.
Стены придела расписаны житием основателя: выбор места, начало строительства, первые постройки. Помещение крошечное, и вся история обители умещается здесь в несколько сцен, которые приходится рассматривать почти вплотную. В большом храме смотришь вверх и вдаль, в приделе — смотришь перед собой, и разница в размере оборачивается разницей в оптике.
Слои здесь лежат не друг над другом, а рядом: придел — начало шестнадцатого века, галерея — восемнадцатый, краска на столпах — семнадцатый, а под ней, в расчистках, ещё более ранняя. Старое не счищают, чтобы поставить на его место новое: новое пристраивают, а прежнее оставляют внутри. Оттого собор и выглядит не одним зданием, а несколькими, которые согласились стоять вместе.