Công trình nhà thờ chính tòa mất nhiều năm để xây dựng. Đỉnh nhà thờ vẫn chưa vươn cao hơn giàn giáo cho đến năm 1860. Các họa sĩ tốt nhất tại Nga tiếp tục thực hiện những bức tranh tường hoành tráng tô điểm thêm cho nội thất bên trong nhà thờ. Phải đến thêm hai mươi năm nữa, Nhà thờ lớn mới được làm lễ cung hiến vào đúng ngày Sa Hoàng Aleksandr III lên ngôi, 26 tháng 5 năm 1883. Một năm trước đó, bản Overture 1812 của Tchaikovsky được hoà tấu lên lần đầu tiên tại đây.

Chính điện bên trong của nhà thờ được bao bọc bởi một hành lang hai tầng, những bức tường của nhà thờ được lát bằng đá hoa cương, đá cẩm thạch và những loại đá quý khác. Tầng trệt của hành là một đài tưởng niệm Nga chiến thắng Napoléon. Những bức tường được lát với hơn 1 000 mét vuông đá hoa cương Carrara trắng, trên đó ghi danh sách những người chỉ huy chính, những trung đoàn, và những trận đánh của cuộc Chiến tranh Vệ quốc năm 1812 (với danh sách những huy chương và cả những thương vong). Tầng hai của hành lang là dành cho đội hợp xướng nhà thờ.