Казанский собор имеет в плане форму четырёхконечного креста, вытянутого с востока на запад вдоль Невского проспекта. Главный вход в собор расположен со стороны Казанской улицы, и, входя туда, посетитель видит всё величие громадных пространств собора и перспективу колонн, уходящих к алтарю. Алтарная полукруглая апсида обращена к каналу Грибоедова. Парадная полукруглая колоннада широко распахнута в сторону Невского проспекта и примыкает к боковому, северному, фасаду здания.

Внутреннее пространство Казанского собора состоит из нескольких объёмов: главного храмового зала (он разделён рядами колонн на три нефа), алтарной части и поперечного нефа (трансепта). В трансепте выделяют среднюю часть и два боковых придела, все они – со своими алтарями.

Собор венчается куполом, покоящимся на барабане и завершающимся крестом на высоте 33 сажени (так указано в энциклопедии Брокгауза и Ефрона). Это 70,42 м, но в современной литературе приводятся разные цифры, чаще всего 71,6 м. Купол выполнен из металла. Под ним есть промежуточный кирпичный купол, а ещё ниже – тот (тоже кирпичный) купол, с круглым отверстием, который виден посетителям храма. Вся конструкция, с её арками и парусами, покоится на четырёх мощных опорных столбах. Они собраны из глыб финского морского гранита (рапакиви), но снаружи оштукатурены и покрашены под цвет и рисунок гранита. Звонница собора находится под крышей западного проезда дуговой колоннады.

Инженерная конструкция Казанского собора и выполнение строительных работ являют собой образцы высокого мастерства архитектора и его помощников. К. Л. Энгель, главный архитектор Хельсинки в 1816–1840 годах, писал о строительстве в Петербурге так: «Последняя из построенных церквей – собор Св. Богоматери Казанской… а купол составляет 55 футов (16,76 м. – А. Б.) в просвете диаметра. В 1814 г. я имел возможность внимательно осмотреть свод сверху и должен сказать, что нигде не видел лучшей работы. Своды возведены с большой точностью и тщательностью, так что видеть эту работу – просто истинное наслаждение» (Меланко, с. 60). И далее: «На них (сводах) на расстоянии 1 сажени друг от друга и лежат в длину массивные балки, в которых укреплены собственно стропила. Благодаря большим сводам такая крыша выглядит очень смело и отважно[12]. При укладывании балок надо подходить к делу очень осторожно, чтобы не опрокинуть своды. Для ещё большей надёжности в Казанском соборе поставили под своды ещё три малых столба, которые опираются на нижние своды церкви и поддерживают верхние своды» (Меланко, с. 67–68).

Надо сказать, что пространство под крышей колоннад и здания Казанского собора, действительно, громадно по своему объёму. Показательно, что крышу окружили парапетом, а вдоль него проложили с уклоном стоки для дождевой воды. Не стоит здесь говорить о толщине кровельного железа, технологии и тщательности выполнения кровельных работ. Не будем рассказывать и про систему обогрева и вентиляции внутренних объёмов собора. Думается, что современных инженеров и, конечно же, студентов архитектурных и строительных вузов надо специально водить на ознакомительные занятия в такие старинные петербургские здания, как Казанский собор. Есть чему учиться у прошлого.

В 2012 году при инженерном обследовании оснований собора в его юго-восточной части обнаружили плитчатую известняковую кладку шириной около двух метров, примыкающую к фундаменту. Такую же плитчатую прокладку вскрыли за несколько лет до этого (и пробили) при установке в грунт прожекторов для электрической подсветки западного портала. Как явствует из этого, собор был обнесён снаружи, по периметру фундамента, защитной плитой. Она препятствовала подтоку к нему поверхностных вод.