Wnętrze niemal całkowicie pokryte jest dekoracją mozaikową, którą zaprojektowali: Wiktor Wasniecow, Michaił Niestierow i Michaił Wrubiel. Mozaiki przedstawiają sceny z Nowego Testamentu, wizerunki świętych oraz 144 herby regionów, prowincji i miast z czasów panowania cara Aleksandra III. Ich ogólna powierzchnia, obejmująca mozaiki zdobiące sobór z zewnątrz i wewnątrz, wynosi 6560 m².