Prema konceptu prostorne organizacije, Saborna crkva u Tuzli pripada tipu jednobrodne crkve sa pripratom, naosom i oltarskim prostorom.
U arhitektonskom smislu, crkva je građena u neoklasicističkom stilu, pravougaone osnove sa pet neobizantijskih kupola na tamburima (četiri postavljene na flankiranim ugaonim pozicijama i petom, centralno postavljenom – iznad naosa), polukružnom apsidom, prozorima postavljenim u jednom horizontalanom redu i zvonikom superpoiniranim iznad ulaza u crkvu.
Crkva je orijentirana u smjeru istok – zapad (sa otklonom azimuta od cca 20 stepeni), pri čemu se glavni ulaz u objekat nalazi na zapadnoj, a apsida na istočnoj strani objekta.
Nekadašnji pomoćni ulazi, pozicionirani na sredini sjevernog, odnosno južnog zida, su, nakon dogradnje polukružnih niša za paljenje svijeća (poslije 1988. godine), u funkcionalnom smislu promijenjeni. U polukružnom zidu sjeverne niše za paljenje svijeća, prije samog spoja sa sjevernim lateralnim zidom crkve, su postavljena vrata, preko kojih se može pristupiti prostoru naosa, dok u zidu južne apside za paljenje svijeća ne postoje vrata.
S obzirom na činjenicu da se u tlocrtima tehničkih snimaka iz 1966. i 1985. godine (pogledati u popisu projekata) ucrtana vrata na južnoj strani apside, a kojih danas (2007. godine) nema na toj poziciji, pretpostaviti je da su i ova vrata zazidana nakon 1988. godine. Umjesto vrata na spomenutoj poziciji, postavljena su nova vrata u zidu sjeverno od glavne apside, kojima se direktno, iz vanjskog prostora, može prići oltarskom prostoru.
Gabaritne dimenzije objekta, mjerene sa vanjske strane, iznose: dužina cca 28,64 m i širina cca 13,55 m. Visina objekta, mjerena od nivoa terena do:
- završetka krovnog vijenca, odnosno strehe krova iznad naosa, iznosi cca 12 m,
- vrhova četiri bočne kopole iznosi cca 20,50 m,
- vrha četiri centralne kopole iznad naosa iznosi cca 28,00 m,
- vrha kupole zvonika iznosi cca 34,50 m.
Na svakoj od kupola postavljen je pozlaćeni metalni krst na jabuci.
Konstruktivni sistem objekta čine masivni zidovi, stupovi, lukovi i svodovi, a kao materijal je korištena puna cigla.
Debljina vanjskih lateralnih zidova iznosi cca 1,30 m, dok debljina vanjskog zapadnog zida (ulaz u objekat), debljina apsidalnog zida, te prizemnih zidova tornja iznosi cca 0,95 m. Debljina zidova tambura glavne kupole iznosi cca 70 cm. Zidovi su malterisani sa unutrašnje i vanjske strane.
Iznad središnjeg dijela naosa nalazi se centralna kupola koja je oslonjena na četiri luka: dva postavljena u poprečnom smjeru i dva luka prislonjena uz lateralne zidove crkve. (Na taj način je poprečni „svijetli“ raspon broda u naosu, sa cca 10 m smanjen na 8,10 m. Visina do tjemena prislonjenog luka, mjerena od poda prizemlja crkve, iznosi cca 11,25 m.) Unutrašnji dijametar centralne kupole iznosi cca 8,10 m, a visina tambura je 4,30 m i na njemu se nalazi 16 polukružno zasvedenih prozora (1,00 x 2,70 m/širina x visina). Sa vanjske strane tambur centralne kupole ima presjek pravilnog šesnaestouganika, dok tamburi četiri manje ugaone kupole sa vanjskih strana imaju presjek pravilnog osmouganika. U tamburima vanjskih kupolica je smješteno po 8 polukružno zasvedenih prozora (0,60 x 2,10m/širina x visina).
Crkva je natkrivena kosim viševodnim krovom, a sve krovne plohe, sve kupole, apsida, krov na zvoniku i svi opšavi su pokriveni bakarnim limom. Krovna konstrukcija je drvena. Zidne plohe lateralnih zidova, u potezu između flankiranih ugaonih završetaka crkve, se završavaju profiliranim krovnim vijencem koji ima niz arkadica.
Polukružna apsida, koja se nalazi na istočnoj strani objekta, mjerena iznutra, je širine cca 4,90 m, a njezina dubina je 3,40 m. Apsida je prekrivena polukupolom, a visina apside do tjemena kupe krova, mjereno sa vanjske strane, iznosi cca 16,50 m.
Prostor priprate je kolonadom masivnih stupova osmougaonog presjeka odvojen od prostora naosa. U prostoru priprate, u njezinom sjevernom dijelu, je smješteno dvokrako stepenište, kojim se preko dvadeset prvog stepenika dolazi na horsku galeriju. Galerija se nalazi na prostoru čitavog zapadnog zida crkve, iznad priprate, na visini od cca 5,70 m od poda naosa crkve. Nepravilnog je oblika i njezina širina iznosi cca 5,50 m. Sa galerije se, kroz vrata postavljena u osovini zapadnog bočnog zida crkve, drvenim stepeništem pristupa u zvonik.
Ugaoni završeci fasada naglašeni su jednostavno profiliranim pilastrima, koji su postavljeni čitavom visinom objekta, od sokla do krovnog vijenca. Pilastri izlaze iz ravni fasadnih zidova za cca 10 cm, a njihova širina iznosi cca 75 cm. Prozori su postavljeni u jednom horizontalnom pojasu. Izrađeni su od drveta, a njihove dimenzije iznose cca 1,10 X 3,50 m i imaju polukružne završetke. Prozori sa vanjske strane imaju dekorirane rešetke od kovanog željeza.
Na zapadnom zidu objekta se nalazi glavni crkveni portal. Njegove dimenzije iznose cca 1,40 X 3,90 m. U portalu su postavljena masivna hrastova dvokrilna vrata sa polukružnim završetkom, a okvir portala je jednostavne profilacije. Lijevo i desno od zvonika, na ulaznoj strani objekta su postavljene poluapside pokrivene četvrtinom kalote kupole.
Pod crkve je izrađen od brušenog tereca.
Zvonik je pravougaone osnove, čije dimenzije iznose cca 4,22 x 4,22 m. Debljina zidova zvonika iznosi cca 95 cm, a unutrašnji prostor, u kojem je smješteno drveno stepenište, ima dimenzije cca 2,15 x 2,15 m. Na vrhu zvonika je izrađen krov od drvene krovne konstrukcije. Tambur zvonika ima presjek pravilnog osmougaonika, visok je cca 4,20 m, a u svakoj stranici je postavljen prozor sa polukružnim završetkom, visine cca 0,80 x 2,20 m. Na galeriji na kojoj su postavljena zvona, zvonik ima kvadratičnu tlocrtnu osnovu, a u svakoj stranici je postavljen otvor sa polukružnim završetkom, dimenzija cca 1,10 x 3,10 m.
Zidovi crkve su ukrašeni različitom floralnom i geometrijskom ornamentikom u seko tehnici. Posljednje unutrašnje uređenje, kada je crkva dobila sadašnji izgled, je urađeno oko 1968. godine. Donje zone zidova prekrivene su drvenim oblogama koje nose stolice. Ostale površine zidova u naosu i apsidi su ukrašeni različitim floralno-geometrijskim ornamentima. Svod u kupoli prekriven je simboličnim ukrasom plavog neba i zlatnih zvijezda, dok su sferni trouglovi ukrašeni predstavama evenđelista sa svojim simbolima. Kupola u prostoru apside je prekrivena likom Krista Pantokratora.
Ikonostas u crkvi je rađen u periodu između 1909. i 1910. godine. Drvorezbarstvo ikonostasne pregrade i pozlaćivanje rezbarije je izveo «neki Vuković, Srbin iz Pešte» (Kašić, 1982, 31). Ikone na ikonostasnoj pregradi je uradio slikar Marko Gregović iz Mostara.
Na ikonostasu je predstavljeno dvadeset ikona i Carske dveri sa scenom Blagovijesti.
Ikone su umetnute u masivni drveni ram koji zatvara oltarnu pregradu od naosa crkve. Ram je ukrašen plitkim arkadama čija unutrašnjost je obojena zlatnom i plavom bojom. Okviri umetnutih ikona, rađenih tehnikom ulja na platnu, su također obojeni zlatnom bojom.
Ikonostas se u kompozicionom pogledu može podijeliti na tri horizontalne cjeline.