Собор стоїть на Університетському пагорбі на березі річки Лопань; його можна побачити з будь-якого куточка центра міста. Дзвіницю Собору, яку виконано у неокласичному стилі, побудували в 1685-1687-х роках, а висота всієї будівлі сягає 90 метрів. До ХХІ століття собор вважався найвищою будівлею у місті. Зараз дзвіниця собору – десята за висотою кам'яна будівля Харкова та друга за висотою дзвіниця України. Після реставрації 1980 року у соборі відкрили Будинок органної та камерної музики; для цього там було встановлено орган, який виготовили в Чехословаччині.