Росписи всех стен и сводов собора были выполнены костромскими мастерами. Начаты работы были сразу после постройки собора, но в 1654г. прекращены из-за эпидемии. Возобновили работы только в 1684г. Под руководством костромского изографа Гурия Никитина артель мастеров создала уникальный для своего времени великолепный фресковый ансамбль. Фрески сохранились практически в первозданном виде. К середине XX века они сильно поблекли и разрушались. Была проведена научная реставрация, вернувшая фрескам первоначальный вид.