Sobór św. Dymitra jest cerkwią jednokopułową, wzniesioną z białego kamienia, bogato dekorowaną zewnętrznie (płaskorzeźby, półkolumny). Od strony wschodniej zlokalizowane jest pomieszczenie ołtarzowe z trzema absydami. Do 1838 cerkiew posiadała bezpośrednie połączenie z budynkiem dworu, które po wymienionej dacie zostało rozebrane. Obiekt wieńczy pojedyncza złocona kopuła na bogato dekorowanym bębnie. Łącznie na ścianach obiektu znajduje się 1300 płaskorzeźb z motywami roślinnymi, zwierzęcymi oraz z całymi scenami z historii oraz mitologii. Widoczne są w nich zarówno tradycje pogańskie, jak i wpływy sztuki zachodniej (romańskiej), sztuki bizantyjskiej, wreszcie ludowa tradycja ziemi włodzimierskiej. We wnętrzu soboru zachowały się resztki fresków przedstawiających sceny Sądu Ostatecznego z XII wieku.