Главная святыня собора – Смоленской иконе Божией Матери Одигитрии. К ней ведут две чугунные лестницы, сходящиеся на площадке у иконы. Икона находится у правого опорного столба храма.

У левого опорного столба находится другая святыня – плащаница «Положение во гроб» из мастерских Ефросинии Старицкой (1561).

Казанская икона Богородицы, вынесенная в левый придел из алтаря после мироточения 22 ноября 1991 г.

Икона прп. Серафима Саровского – стала особенно почитаема после мироточения 14-15 марта 1994 г.

Большое деревянное Распятие в правой части храма, его роспись приписывается В. Васнецову.

Пятиярусный иконостас собора выполнен в 1730-40-х гг. резчиком С. Трусицким с помощниками П. Дурницким, Ф. Олицким и С. Яковлевым. Иконы (позже подновлявшиеся) написаны, вероятно, теми же мастерами.