基督救世主主教座堂的设计方案几经修改。最初的设计完全参照罗马的万神殿，为圆形建筑，天穹有圆形天窗。此后的几个设计方案先后采用了威尼斯拜占廷风格和新古典主义风格，并糅合进大量共济会的象征性符号（亚历山大一世是共济会成员）。亚历山大一世去世后，他的弟弟尼古拉一世继位，尼古拉一世是一名虔诚的东正教徒，反对新古典主义和共济会的建筑形式。在他的命令下，设计师参照君士坦丁堡的圣索菲亚大教堂，设计了一座新拜占廷风格的教堂。设计图纸于1832年通过，建筑地点也由原来的莫斯科城制高点——麻雀山改为克里姆林宫西南侧、莫斯科河