В ансамбль Казанской площади входят и монументы М. Н. Кутузова и М. Б. Барклая-де Толли, установленные через 26 лет после завершения строительства собора. Они расположены на фоне проездов колоннады. Чтобы точнее определить места для монументов, скульптор Б. И. Орловский предварительно использовал силуэтные дощатые макеты памятников.

В торжественно-строгом характере решен и интерьер здания. Сочетание монументальности с легкостью и изяществом в разработке архитектурного образа является одним из основных творческих принципов Воронихина. В Казанском соборе этот принцип ярко проявляется и в декоративно-художественном убранстве, в общей разработке которого автор исходил из характера здания, его плана, объемов.

В традиционных зданиях православного культа основной предпосылкой пространственных решений являлась задача отрешенности внутренних помещений от внешнего мира. Нужно было создать такую обстановку, чтобы ничто не отвлекало внимания от богослужения, обряда. Отсюда небольшое количество часто узких окон и, как следствие, широкие плоскости стен, массивные столбы, поддерживающие купола и прочее.

Увлеченный задачей создания архитектурного ансамбля, Воронихин смело отошел от традиционных принципов церковного строительства, создал здание светского типа, художественный образ которого несет в себе жизнеутверждающие гражданские идеалы.

Длина собора внутри с запада на восток составляет 72,5 метра, с севера на юг-56,7 метра. Высота с куполом-71,6 метра, пролет купола 17,1 метра. Купол имеет два свода: нижний, прорезанный круглым отверстием, и верхний, первоначально покрытый росписью ("Коронование богоматери" В. К. Шебуева), а впоследствии выкрашенный в синий цвет.

В плане собор имеет форму вытянутого креста, что и определило пространственные решения интерьера. Главной является его подкупольная часть. Она оказалась несколько сдвинутой к востоку, примыкает непосредственно к центральному алтарному помещению и ограничена с четырех углов пилонами, поддерживающими купол. От пилонов во все стороны - на запад, восток, север и юг-отходят двухрядные колоннады красного полированного гранита; их высота, с базами и капителями,-10,7 метра. Базы покрыты листовой бронзой, капители - бронзовые (Отлиты по модели скульптора С. С. Пименова). Они были позолочены, но, так как в поспешности, с которой заканчивалось строительство собора, для золочения не был подготовлен качественный грунт, позолота давно сошла, и капители приняли темный цвет.

Вследствие того, что в алтарных помещениях пол приподнят, колонны видоизменены. В нарушение стилевых принципов коринфского ордера они установлены на пол без баз и высота их сокращена.

Колоннады одновременно являются основным компонентом декоративно-художественного оформления помещений и несут конструктивную функцию - поддерживают своды. Их спокойный ритм вносит мотив торжественности и покоя. Широко расставленные колонны (всего их в интерьере 56) членят пространство, но не изолируют части одну от другой. Значение колоннад в архитектурном облике интерьера отчетливо выделяется в его западной части. Это самое большое помещение собора, предназначенное для верующих. Двумя колоннадами оно разделено на три удлиненных нефа. Средний неф в четыре раза шире боковых и перекрыт цилиндрическим сводом, который покоится на колоннадах. Свод украшен восьмиугольными кессонами, в которых закреплены металлические, покрытые росписью розетки в виде стилизованного цветка. Перекрытия боковых нефов плоские кессонированные, они значительно ниже центрального. Такое же членение пространства имеет место в алтаре и в приделах, и так же устроены перекрытия. Так подчеркивается преимущество центральных частей, "скрывается" ширина помещений.

Зодчий удачно решил переход от сводов к куполу. С четырех сторон "срезы" сводов как полуовальные арки подступают к подкупольной части, и кажется, барабан купола стоит на этих арках, слегка касаясь их краем основания. Так достигается связь основных пространств интерьера и как бы расширяется центральная подкупольная часть. Вместе с тем здесь в центре создается гамма из круга и полукружий, удивительно легкая, изысканная, свидетельствующая о тонком художественном вкусе зодчего.

Для интерьера характерны идеальные пропорции архитектурных компонентов: гениально разработаны высота и объемы колони и глубина сводов, длина и ширина частей "креста", размеры оконных проемов и т. д. Об окнах стоит сказать особо, ибо они огромны и расположены в два яруса, между ними лишь небольшие простенки, прикрытые пилястрами искусственного гранита с алебастровыми золочеными капителями. Обилие окон придает интерьеру легкость, воздушность и связывает его с окружающим внешним пространством. Здание наполнено светом, который, отражаясь в полированном граните колонн и падая на полированный мраморный пол, мягко рассеивается и устремляется ввысь, в купол. Все это придает интерьеру характер дворцовой залы, сдержанно-пышной, величественной и строгой.

Интересен мозаичный пол собора, сделанный из камня четырех цветов: черного, серого и розового мрамора и темно-красного шокшинского кварцита. Рисунок, распределение цветов камня в мозаиках увязаны с планом отдельных помещений интерьера, что также способствует восприятию органической цельности художественных решений.

В центральной, подкупольной части пол оформлен уменьшающимися к центру кругами, вторящими линиям купола, его сводов, постепенно сужающихся кверху. Этой взаимосвязью создается иллюзия: подкупольная часть воспринимается как отдельный зал круглой формы. Законченность и устойчивость рисунка достигаются с помощью прямых элементов мозаики, идущих веерообразно от центра и соединяющих круги. По форме и цвету части мозаики скомпонованы так, что создается впечатление рельефности рисунка, и это придает ему особую выразительность.

В главном нефе, в северном и южном приделах- чередующиеся цветные полосы, составленные из восьмиугольных плиток черного, красного и серого камня. Рисунок пола подчеркивает удлиненность пространства, кроме того, в нем "отражаются" восьмиугольные кессоны сводов.

В боковых нефах рисунки мозаики соответствуют узкому длинному помещению, заключенному между стеной и колоннадой. Каждому кессону перекрытия соответствует узор: в круге, на черном фоне,-стилизованный цветок из розового и серого мрамора.

Планировка и архитектура определили и расположение икон. В отличие от других церквей, где иконы размещались на подкупольных пилонах и стенах, заполняя все плоскости, здесь большинство их было установлено только в приалтарной части. В соборе было три алтаря, отделенных от основных помещений, где собирались верующие, иконостасами: главный, в иконостасе которого находилась икона Казанской богоматери, и два по сторонам его; южный, Рождество-Богородицкий, и северный, Антонио-Феодосиевский. Примечательно, что главный иконостас никак не удавалось "пристроить" к алтарю. В поисках решения органичного сочетания иконостаса с архитектурой Воронихин составил три варианта проекта иконостаса. По одному из них иконостас был сооружен в 1811 году. Тогда же Воронихиным были установлены "малые" иконостасы в северном и южном приделах. Во всех иконостасах Воронихин усилил декоративный мотив, вероятно решая их как отдельные, не связанные с архитектурой произведения, желая выделить их. Он ввел узорчатые рельефы и скульптурные композиции. Но по размерам главный иконостас не вписывался в интерьер, был мал.

В 1836 году по проекту архитектора К. А. Тона был поставлен новый иконостас. Пышный, отделанный серебром, с малахитовыми колоннами по сторонам царских врат, он был несоразмерен с объемами помещений, хотя сам по себе являлся высокохудожественным произведением искусства. Тогда же Тон внес изменения в декор боковых иконостасов. Он удалил скульптурные композиции в верхней части, оставив без изменения план размещения икон. Свободные плоскости в нижней части он покрыл рельефным орнаментом. Оформление иконостасов стало спокойнее и строже. )