Nelja Evanelisti kujutised peakupli vlvidel maalis Tema Majesteedi kabineti kunstnik Aleksandr Blaznov. Pühakoja siseseinad maalis Georgi Prokofev Preobrazenski eskiiside järgi. Katedraali kaks keskmiste külgaltarite pronksist kroonlühtrit on valmistatud Moskva Kremli kiriku kroonlühtrite järgi. Kik kolm aujärge on valmistatud Tallinna meistri Kopiovski poolt valgest marmorist, mis annetati katedraalile vene kaupmeeskonna poolt. Uus katedraal nnistati sisse 30. aprillil 1900. aastal Riia ja Mitava piiskopi Agafangeli poolt. Kuremäe kloostrist toodi kohale Jumalasünnitaja Uinumise imettegev ikoon. Katedraali nnistamisel osales ka Kroonlinna püha Joann. Saksa okupatsiooni ajal oli Aleksander Nevski katedraal suletud. 1945.aasta maist hakati uuesti jumalateenistusi pidama ning temast sai jällegi Eesti igeuskliku kirikuelu keskus. Raske ja vastutusrikas töö -- katedraali pühitsemine ja jumalateenistuste korraldamine -- anti Aleksei
Venimine oli seotud rahapuudusega. 1860. aastateks võimaldasid kujunev rahvuslik iseteadvus ja soodne majanduslik ning poliitiline olukord ehitusega pihta hakata. Krundi ja ehituskivid annetas kaupmees ja Toomgildi vanem Hans Heinrich Falck. Kiriku projekteeris baltisaksa arhitekt Otto Pius Hippius. Kiriku projekt valmis juba 1858.aastal, kuid nurgakivi pandi alles 1862. aastal. Kiriku lõplikku valmimist autor ise ei näinudki. Katus jõuti peale 1870. aastaks, mil kirik ka sisse õnnistati. Tornid lõpetati alles 1882.aastal. kuid sisseviimistlus ning altarimaalid võtsid veel aega. Kirik ei ole praegugi täielikult lõpetaud: puudu on näiteks projektis ettenähtud raidkujud seinanissides. Kirikuhoone on neuromaani stiilis. Voldemar Vaga leiab et ,,välisarhitektuuri iseloomustavad omavoliliselt käsitletud romaani stiili vormid." Karin Hallase sõnul on aga Kaarli kiriku puhul tegeist stiili sügava teadvustamise ning põhimõttelise käsitlusega. Kaarli kiriku