Собор расположен в глубине двора. Первоначально он представлял собой кубовидный бестолпный пятиглавый трёхапсидный храм с полуциркулярными сводами. Позднее к основному объёму была пристроена трапезная с главкой.
До революции Богоявленский храм был богато украшен. Кирпичные аркатурные пояса охватывали шесть барабанов, все три апсиды алтаря, тянулись на десятки метров под кровлей огромного здания. Часть наружных стен была расписана изображениями святых, купола украшены золотом. Некогда храм окружала металлическая ограда в стиле классицизма с воротами и часовней (не сохранились).
К середине 1990-х годов от пяти глав оставался лишь центральный барабан. Однако в ходе реставрационных работ купола были восстановлены.
На начальном этапе строение было деревянным и в 1741 году было практически полностью уничтожено пожаром. Эти события послужили толчком к строительству храма с каменными стенами, который стал доступен для посещения прихожанами с 1756 года.
Деньги на выполнение работ по строительству архитектурного комплекса, состоящего из главного храма, трапезной, шатровой колокольни, церкви им. Андрея Первозванного и нескольких одноэтажных построек выделили меценаты И. А. Михляев и С. А. Чернов.
Что касается внутреннего убранства храма, то он претерпел несколько изменений. Поначалу здесь были старинные иконы, стены, украшенные росписью с изображениями святых, а все купола инкрустированы позолотой.
После революции 1917-го религиозный памятник некоторое время использовался как склад. Позже его помещение было переоборудовано под спортзал, а колокольня использовалась для размещения мастерских и мест для торговли.
К концу ХХ столетия знаменитый собор на Баумана имел только один центральный барабан, однако в ходе реставрационных работ, которые, к слову говоря, ведутся до сих пор, все пять глав были полностью восстановлены.
На сегодняшний день в интерьере Богоявленской церкви не сохранилось ни единой древней реликвии, все иконы, а также иконостас – современные.