В плане собор повторял храм Св. Софии в Константинополе с несколько измененными пропорциями и мог вместить более 3000 молящихся. Длина собора составляла 83,2 м, ширина – 64, высота с крестом – 75 м. Снаружи собор облицован гранитным цоколем и серо-желтым кирпичом и украшен гранитными полированными наличниками и колоннами порталов, терракотовыми орнаментами, мозаичными иконами. Над северными воротами помещался образ Божьей Матери, над южными – образ св. Митрофания, над западными – св. апостолов Петра и Павла, св. Николая Чудотворца и св. Иоанна Рыльского. Купол диаметром 26,7 м покрыли медью и украсили золочеными крестами и орнаментами. Внутри собора на мраморной панели размещались памятные доски из черного мрамора с именами погибших моряков. Два яруса галерей поддерживались колоннами искусственного мрамора. Иконостас изготовлен из натурального белого и цветного уральского мрамора с мозаичными и бронзовыми украшениями. В нише главного входа со стороны Якорной площади располагалась часовня Спаса Нерукотворного. На постройку и украшение собора израсходовано 1 955 тыс. руб., в том числе казенных денег 1 675 тыс. руб. и собранных моряками 280 тыс. руб.

Торжественный подъем 20 колоколов, отлитых из старых медных пушек на заводе Оловянишникова в Ярославле, состоялся 29 июня 1908 г. Большой колокол весил 1038 пудов. 24 июля установили и освятили кресты. Сначала предполагалось крест над основным куполом освещать электричеством, но от этого отказались из-за возможных неисправностей проводки и сложности ее ремонта. На северной стороне купола разместили изречение «От востока на запад хвально Имя Его».

В следующем году вокруг храма устроили сквер, работами руководил президент общества садоводов Э.Е Гербих. Весной 1912 г. живописцы начали расписывать стены храма соответствующими сюжетами. Верхнее освещение через незаметные снизу окна создавало невероятное ощущение легкости и света.

Трехпрестольный храм (главный алтарь – во имя св. Николая Чудотворца, а два боковых – во имя св. Петра и Павла и св. Иоанна Рыльского) освятили 10 июня 1913 г. Во время освящения над собором на высоте около 500 м появился дирижабль «Лебедь». На его борту находились штабс-капитан

Р. Нижевский, его помощник, два механика и шесть учеников. «Лебедь» сделал несколько кругов над портом и городом и совершил посадку на военном плацу, после заправки топливом поднялся и направился к Петербургу. Во время освящения Морского собора можно было заметить на Якорной площади три автомобиля – это первые самодвижущиеся экипажи, появившиеся в Кронштадте, и в этот же день произошло первое ДТП. Водитель одного из автомобилей не справился с управлением и не смог увернуться от появившегося на его пути торгового ларька. Оба – и автомобиль, и ларек – получили серьезные повреждения.