По своей архитектурной структуре Архангельский собор 1631 года принадлежит к типу шатровых храмов с восьмериком, поставленным на четверик, с трехапсидным алтарем на востоке и тремя притворами, примыкающими к остальным стенам. Над южным притвором, более крупным и массивным, чем другие, возвышается шатровая колокольня.
Выше обреза фундамента выложено несколько рядов белокаменной кладки: с внутренней стороны она гладко обработана, а с наружной имеет цоколь с профилем, характерным дляXVII века (наклонная плоскость с валиком). Он полностью сохранился в местах, где к южному и западному притворам примыкали стены придела, пристроенного во второй половине XVII века.
На белокаменном основании стоят стены, сложенные из кирпича 29x14,5x8,5–9 см.
Четверик имеет почти квадратную форму размером внутри 10,7x10,5 м. Пристроенные к нему притворы характерны скорее для планов белокаменных соборов Владимиро-Суздальского зодчества и перешли в композицию здания XVII века как память о первоначально стоявшем здесь храме. Существующие притворы, как показывает перевязка кладки их стен и фундаментов со стенами четверика, возведены одновременно с ним.
Западный притвор, как и западный вход в церковь, заметно сдвинут к северу от оси фасада. Причина такого смещения лежит в общей композиции — сочетание большого шатра храма с шатром колокольни, устроенной над южным притвором, требует зрительного равновесия. Постановка большого и малого шатров на одном здании является вариантом распространенных в древнерусском зодчестве многошатровых церквей. Обычно они имели строго симметричную композицию. А несимметричное размещение шатров явилось следствием соединения церкви и придела со своими особыми завершениями и известно главным образом в деревянном зодчестве[16]. Архангельский собор имеет второй шатер с южной стороны и завершает он не придел, а колокольню[17].
В 1672 году у южной стороны собора был построен придел Ивана Богослова «над тем местом, где во время чумы 1658 года хоронили мертвых». Придел был пристроен углом, объединив западный притвор с южным, к которому с востока был пристроен алтарь. Собор сильно пострадал от пожаров 1704, 1711 годов и особенно от большого пожара 1715 года, после которого он долго пустовал и был восстановлен и вновь освящен только в 1732 году.
Очевидно, тогда шатер и был покрыт черепицей, получившей в это время широкое распространение в Нижегородском крае. О черепице, покрывавшей шатер, упоминалось в статье В. Леонова, который в 70-х годах прошлого века писал, что «она уже давно не существует». По-видимому, черепичное покрытие было подобно кровле шатра Никольской церкви в Балахне, уложенной также в первой половине XVIII века. Обломки такой трапециевидной черепицы были найдены у стены Нижегородского кремля между Кладовой и Дмитровской башнями. Вероятно, старое черепичное покрытие было уничтожено при ремонте 1795 года, так как его не видно на рисунках 1837 года. Долгое время шатер стоял защищенный лишь слоем известковой побелки и затирки, а с 1870-х годов покрыт железом. При обследовании никаких следов крепления черепицы на поверхности шатра не обнаружено. Черепица городчатого типа с зеленой поливой сохранилась лишь на главах храма и колокольни.
Окна южного фасада были расширены, как можно заключить по форме проемов, в середине XVIII века. Но если первоначальный вид восточного окна южной стороны был легко установлен, то от западного окна не осталось ни следов подоконника на уровне подоконников соседних окон, ни пят арочной перемычки. Да их и не могло быть, так как здесь в толще стены проходит лестница. Если окно было первоначально, то значительно меньше современного и освещало только лестницу, которая вела в помещение под колокольней и далее к ярусу звона. Оттуда подъем продолжается внутри южной стены восьмерика и заканчивается в небольшой башенке с выходом у основания шатра[18].
Ярус звона выделен полосой ширинок, проходящих на уровне карниза четверика. Такие же ширинки находятся на столбах, поддерживающих арки звона. Вся эта обработка соответствует формам XVII века, но верхние части колокольни с рустовкой на углах, карнизом из двух четвертных валов, уложенных без промежуточного элемента, как и шатер с главой на непомерно тонкой шейке, могли быть выполнены лишь при восстановительных работах 1732 года,