Богаяўленскі сабор уяўляў сабою велічную трохнефавую базіліку з трансептам і трыма паўкруглымі алтарнымі апсідамі. У яго аб'ёмна-прасторавай кампазіцыі спалучаліся рысы заходнеэўрапейскай культавай архітэктуры (цэнтральны неф і папярочны трансепт утваралі ў плане выцягнуты лацінскі крыж на ўзроўні карніза) і традыцыйныя элементы старажытнарускага дойлідства (трохапсіднасць).
Цэнтральны неф, перакрыты цыліндрычнымі скляпеннямі з распалубкамі, аддзяляўся ад бакавых нефаў з крыжовымі скляпеннямі 10 масіўнымі квадратнымі слупамі, на якія абапіраліся падпружныя аркі. Наяўнасць слупоў у пралёце трансепта сведчыць, што першапачаткова сяродкрыжжа не вылучалася канструкцыйна, а купал адсутнічаў. Сапраўды, да канца XVII ст. базіліка мела двухсхільны гонтавы дах. Толькі ў 1700 г. над сяродкрыжжам з'явіўся васьмігранны светлавы барабан з самкнёным пазалочаным купалам, увенчаным фігурнай вежачкай з галоўкай-«банькай». Гонтавы дах заменены на бляшаны. Трансепт — элемент каталіцкай базілікі — нагадваў бакавыя прыдзелы, завершаныя з усходу алтарнымі апсідамі. У паўночны прыдзел вёў асобны ўваход.
Алтарная частка мела ўвогуле арыгінальнае вырашэнне. Вялікая паўкруглая апсіда далучалася да простакутнага віма. У месцы іх злучэння ў тоўшчы сцен былі ўбудаваны невялікія рызніцы. Вім аддзяляўся ад цэнтральнага нефа двума мураванымі слупамі ў зоне падкупальнага квадрата, да якіх мацаваўся чатырох ярусны разьбяны іканастас «в греческом вкусе». Ярусы падзяляліся карнізамі, якія падтрымлівалі разьбяныя калоны, аздобленыя расліннымі пабегамі, лісцямі і гронкамі вінаграда. У інтэр'еры храма іканастасу належала асноўная роля.
Традыцыйны праваслаўны характар алтарнай часткі храма абумовіў, як відаць, і своеасаблівае архітэктурнае вырашэнне галоўнага фасада, які быццам паўтараў структуру іканастаса. У адрозненне ад каталіцкіх храмаў плоскі дзвюхвежавы аб'ём барочнага фасада далучаўся толькі да цэнтральнага нефа. Такі ж прыём быў паўтораны пазней у Мікалаеўскай царкве Магілева, пабудаванай у 1672 г., што стала своеасаблівай рысай магілеўскай школы дойлідства XVII ст.
Шмат'ярусная кампазіцыя фасада Богаяўленскага сабора мела выразныя гарызантальныя чляненні, а вертыкальныя элементы чаргаваліся ў асобным рытме на кожным ярусе, як у іканастасе. Два ніжнія ярусы фасада былі аздоблены характэрнымі для беларускай готыкі і рэнесанса плоскімі нішамі з завяршэннямі ў выглядзе паўцыркульных і падвесных арак «з гіркамі». Яны групаваліся сіметрычна, але ў адвольным пульсуючым рытме, уласцівым стылю барока. Трэці ярус фасада ўтваралі фігурны франтон і дзве вежы, перабудаваныя ў XVIII ст. у стылістыцы позняга барока. Вежы з вітымі ўсходамі ўнутры не адпавядалі бакавым нефам, якія на тарцах завяршаліся фігурнымі франтонамі. Такім чынам, у архітэктуры фасада своеасабліва знітаваліся мясцовыя традыцыі і эстэтычная канцэпцыя барока.
Царскі стольнік П. А. Талстой, які наведаў Магілеў у 1697 г., у сваіх дарожных нататках адзначае: «У Магілеве манастыр набожны, называецца Брацкім. Каля манастыра агарожа з каменю і царква ў ім саборная мураваная ж не малая, ладна збудаваная… Тая царква ўся ўпрыгожана цудоўным насценным роспісам, іканастас разьбяны, пазалочаны, вялікі, добрай работы».
Іканастас Богаяўленскага сабора быў зроблены манахамі і гарадскімі рамеснікамі адначасова з храмам і з'явіўся ўзорам для іканастаса Мікалаеўскай царквы ў Магілеве і шматлікіх іканастасаў Маскоўскай Русі, выкананых беларускімі майстрамі ў другой палове XVII ст. Сакавітая аб'ёмная разьба з расліннымі матывамі, пазалочаная чырвоным золатам, прыгожа зіхацела, асветленая свечкамі. Над абразамі працаваў вядомы іканапісец і гравёр Афанасій Пігарэвіч. Срэбраныя пазалочаныя шаты для многіх абразоў выканаў у 1755 г. мясцовы «залатых спраў майстар» Пётр Сліжык. У Богаяўленскім саборы захоўваўся цудатворны абраз Божай Маці Магілеўскай у надзвычай багатай шаце. У час першай сусветнай вайны, калі ў Магілеве знаходзілася Галоўная стаўка, апошні манарх Расейскай імперыі Мікалай II часта наведваў Богаяўленскі сабор. Ён вельмі шанаваў гэтую святыню і рабіў на яе ахвяраванні. Разам з гэтым славутым абразам знік і цудатворны абраз Божай Маці Бялыніцкай. Абедзве рэліквіі вывезены ці ўкрадзены з Магілеўскага краязнаўчага музея ў пачатку Вялікай Айчыннай вайны.