Строительство каменного собора частным лицом, каким являлся преподобный Антоний, было для тех лет редчайшим явлением. Другие каменные соборы Новгорода строились исключительно по княжеской инициативе. Рождественский собор имеет по сравнению с ними более скромные размеры и обладает рядом отличий.
Вместо узких с полуциркульным завершением окон пробиты широкие. Над сводчатым покрытием устроена шатровая железная кровля. Главки получили характерную для позднего времени луковичную форму. Галереи паперти. окружающие собор, также пристроены позднее. Уничтожены древние хоры.
В композиции здания интересно ассиметричное расположение трех глав, одна из которых венчает выдвинутую из общего объема круглую башню. В этой башне заключена лестница, ведущая на "полати" - современные хоры собора.
В 1671 году с юга был пристроен придел в честь Антония Римлянина. Тогда же он был расписан.
В 1680 году с севера возникает придел апостола Иоанна Богослова, а в 1699 возводится новая паперть во всю ширину собора.
В 1125 году собор был расписан фреской. В XVII веке роспись первый раз полностью поновили.
В 1837 году в виду ветхости большая часть древней росписи была сбита со стен, а год спустя собор был заново расписан. Эти росписи сохранились до нашего времени. Они выполнены в характерной для XIX столетия академической манере, далекой от форм православной иконописи.
Впервые небольшие фрагменты первоначальных фресок были найдены в алтаре в 1898 году. Систематическое их раскрытие началось только с 1919 года и продолжалось с перерывами до 1990-х гг. В настоящее время практически все уцелевшие фрагменты росписи 1125 года расчищены и отреставрированы.
Примыкающая к собору лестничная башня имела в древности много различных функций. Она не только вела на хоры храма, но и имела в своем куполе отдельный придел Онуфрия Великого и Петра Афонского, освещенный в 1122 году. В толще стен башни сохранились крошечные кельи, в которых уединялись для молитвы монахи монастыря. Здесь провел свои последние годы и преподобный Антоний, уподобившийся таким образом столпникам.
Собор был усыпальницей новгородских бояр, архиепископов, воевод и других. В нем похоронены крупнейшие новгородские бояре братья Алфановы, растерзанный народом во время волнений 1609 г. Михаил Татищев, князь Василий Иванович Одоевский, умерший в 1612 г., стольник Салтыков, погибший в бою под городом Ругодивым в 1700 г., стольник Стрешнев, Чоглоковы, Олсуфьевы, Княжнины и др.
В 1975 г. Г.М. Штендлер и В.М.Ковалевой было проведено дополнительное исследование собора, из которого видно, что это был одноглавый, четырехстолпный, трехапсидный крестово-купольный храм.
Сохранились фрагменты фресковой росписи в алтаре. Обнаружена фигура, над головой которой надпись "Петр". Предполагается, что это портрет мастера Петра - строителя собора.
Здесь совершился, впервые в древней Руси, отход от канона - трехнефного шестистолпного здания, в котором опорные столбы всегда имели крестчатое сечение. Нет и пилястр, соответствующих крайним столбам с западной стороны. Пилястры на северной и южной стенах впоследствии были срублены.