Архангельский собор, представляющий в плане близкую аналогию, например, Троицкому собору Троице- Сергеевской лавры, построенному на пятьдесят лет раньше, был, возможно, очень близок ему и во внешней отделке. Он имел, видимо, относительно высокий цоколь и три рундука; гладкие, расчиненные лопатками стены с килевидными закомарами; узкие, щелевидные окна в боковых пряслах; высокие, близко подходящие к карнизу апсиды с такими же окнами; килевидные, с бусинами на колонках порталы. Первоначально круглый барабан главы был сдвинут к востоку, ближе к центру массы всего здания. Над закомарами располагался второй ряд угловых кокошников, а над ними, вокруг квадратного постамента барабана, третий их ряд. Оригинальным является также кирпичный антаблемент у основания закомар. С помощью шурфор выявился и древний цоколь собора. Его профиль чрезвычайно близок рисунку цоколя старого Успенского собора. Древний пол собора был из поливных коричневых плиток, выложенных звездами. Аналогичный пол был сделан и в Архангельском соборе Москвы (только в несколько цветов).

Четырехскатную крышу собор получил после пожара 1647 г., от которого он пострадал особенно сильно. Тогда мастер из Согалича В.Х. Зубов еще раз заново облицевал обгорелые стены внутри и снаружи, восстановил верхнюю часть собора ( своды и барабан со шлемовидным покрытием), а по периметру четверика надложил новый карниз с закомарами. В это время были выложены из крупного кирпича перспективные порталы вместо разрушенных белокаменных.

С южной стороны Архангельского собора на старом месте архитектор Ю. К. Ершов возвел новую колокольню (третью по счету), которую разобрали в конце I чет. ХIХ в. По проекту губернского архитектора С. А. Щеткина в 1864 -1865 годах к собору была пристроена одноэтажная трапезная. Для входа в нее в одной из арок перехода, соединяющего палаты епископа с большим Успенским собором, Щеткин встроил белокаменный портал в ложно- русском стиле. Трапезную он соединил с собором широким арочным проемом.

Одновременно со Щеткиным над возобновлением интерьера собора работал художник Н.В. Шумов. Небольшие фрагменты росписи, выполненной им. Имеются в барабане главы.

Древний иконостас собора не сохранился, но несколько икон из него конца ХV- начала ХVI в. находятся в Рязанском художественном музее. Это храмовая икона архангела Михаила «Чудо в Хонех», святой Троицы, Благовещения, святого Николая Чудотворца, Страшного суда, святой Софии Премудрости Божией, святой Параскевы. Образ святой Софии таков: «в середине ангел с лицом огненного вида, с огненного же вида одеждою и крылами. Он в царском долматике и венце, на престоле. В правой руке у него жезл с лучезарным крестом на верху. Над головою ангела Саваоф со святым Духом. Руки его простерты на благословение. По обеим сторонам Саваофа по два ангела: два- с рипидами, два с надписью: Бог, над Саваофом престол, а на нем книга и слова: «В начале бе слово и слово бе в Богу и Бог бе слово, се бе искони у Бога». По сторонам ангела крылатого Богоматерь с руками, простертыми на молитву, и святой Иоан Предтеча, у него в левой руке свиток, а в нем слова: «Се агнец Божий, вземляй грехи мира».[ ]