Два собора по сторонам общей колокольни, «летний» Спасо-Преображенский и «зимний» Богоявленский, составляют два крыла единого целого, хотя второе младше первого почти на столетие…
В начале XIX столетия было, наконец, принято решение о строительстве для богослужений в холодное время года отдельно стоящего здания. Отечественная война была закончена, изгнание Наполеона уходило в историю, Углич начал активно строиться, осваивая принципы классицизма и его «образцовые проекты». Собор был заложен в 1814 году и закончен в 1827-м (за это время город пережил большой пожар 1822 года, который, хотя и не затронул кремлёвский комплекс, но значительно затруднил всякое строительство). В отличие от «летнего» храма с его ориентацией на XVII век и барочными элементами декора новое сооружение сформировано классицизмом.
Протяжённая базилика с мерным чередованием пилястр и высоких окон открывается «по-уездному» скромным четырёхколонным портиком и замыкается на востоке полукруглой апсидой. Над двускатной крышей возвышался круглый барабан с куполом и небольшой главкой.
Горожане, привыкшие к компактному, вытянутому вверх пространству Спасо-Преображенского собора, здесь попадали в просторный зал с рядами сдвоенных колонн. Низкий одноярусный иконостас обозначал алтарную часть, не скрывая её глубины. Впрочем, столь разные интерьеры объединили росписи – артель Тимофея Медведева работала в обоих соборах, дополняя архитектуру и лепной декор иллюзорными колоннами, арками и рельефами.
В первые послереволюционные годы собор стал клубом, интерьер был изменён, росписи скрылись под побелкой, слева от входа на долгое время расположилась будка киномеханика. В 1980-х годах собор был частично отреставрирован и вместил в себя часть музейной экспозиции.