В 1796 году, во время правления императора Павла I, собор получил статус храма всей гвардии. В ночь на 8 августа 1825 года в результате пожара здание было полностью уничтожено, однако основные святыни удалось спасти.
Восстановление собора было поручено архитектору Василию Петровичу Стасову. Строительство нового храма началось в 1827 году и завершилось к зиме 1828 года. 5 августа 1829 года митрополит Санкт-Петербургский и Новгородский Серафим освятил новый собор.
Архитектурно собор представляет собой пятиглавый храм в стиле позднего классицизма. Здание выполнено в форме двадцатичетырёхгранного креста, высота которого составляет 42,5 метра, а площадь — 1 200 квадратных метров, что позволяет одновременно находиться внутри до 3 000 прихожан. Северо-западная колокольня оснащена курантами, привезёнными из Англии в 1854 году.
В 1830 году вокруг собора была установлена ограда, созданная по проекту Стасова из трофейных турецких пушек, привезённых из крепостей, взятых в ходе русско-турецкой войны 1828–1829 годов.
