Она состоит из четырех приделов: главный - под пятиглавием (Крестовоздвиженский); к нему пристроено два боковых (Казанский и Никольский); четвертый - верхний (Михаила Архангела).
Колокольня соединяется с храмом папертью. В основании колокольни - четверик, на нем удлиненный восьмерик, который завершается шатром.
На наружной восточной стене храма композиция "Воздвижение креста", выполненная братьями Салапиными в середине XIX века.
Крестовоздвиженский храм был расписан в 1807 году палехскими иконописцами. Руководили росписью московские художники братья Сапожниковы.
В росписи живописно-картинная манера сочетается с иконописной. В 1992 году Крестовоздвиженский храм был передан Ивановской епархии и стал частью Николо-Шартомского мужского монастыря
Некоторое время в здании размещалась экспозиция «Старый Палех», сам собор был частью музея Палехского искусства, открытый в марте 1935 года.