В результате проведения конкурса на эскизный проект строительства православного храма был утвержден и согласован с Вологодской епархией эскизный проект храмового комплекса в Макаринской роще (автор проекта Игорь Орлов). По своим очертаниям храм этого проекта напоминает Благовещенский собор, благоустроенный И.А. Милютиным в первые годы на посту городского головы и взорванный после революции 1917 года.
По замыслу архитектора Игоря Орлова, Храм органично вписан в существующий рельеф высокого правого берега реки Шексны.
Кафедральный собор искусно сочетает в себе современные технологии и старину русского севера.
Высота строения классического церковного стиля составляет тридцать пять метров.
Храм Афанасия и Феодосия в Череповце — пятиглавый, с куполами-луковками и крестами. Самый большой крест достигает шести метров в высоту, имеет массу 750 килограмм, кресты на малых куполах храма в высоту — 4 метра, весом — 250 килограмм каждый. Высота креста, установленного на колокольне, составляет 2,5 метра.
Пять глав собора увенчаны куполами из нержавеющей стали, выполненными с применением новейшей технологии: напылением нитрида титана. Масса малого купола — 3,5 тонны. Купола и кресты изготовлены мастерами ООО «Вертикаль» города Трехгорный Челябинской области.
Колокольня состоит из 12 колоколов. Сверху установлен прямоугольный шатёр высотой 12 метров, весом 14 тонн. 12 колоколов изготовлены на Московском колокольном заводе «Литэкс». Самый крупный колокол имеет массу 4500 кг, второй по величине – 2000 кг, третий – 850 кг.
В верхнем храме располагается пятиярусный иконостас в стиле барокко шириной в двадцать метров. Иконостас храма был изготовлен мастерами из Сергиева Посада (творческий союз «Посад-Изограф»). В нижнем храме роспись стен выполнена специалистами ООО «Рассвет» (г. Санкт-Петербург).
Иконостас в нижнем храме каменный, состоит из 37 икон.
Главное храмовое паникадило весит 250 килограмм, рассчитано на 80 свечей.
На территории храма располагаются дом для причта, воскресная школа, хозяйственные постройки и административные здания.
Все подходы к храму и здания общественного назначения оборудованы пандусами, чтобы храм без труда могли посещать малоподвижные граждане.
Вспомогательные здания ( воскресная школа, просфорная с трапезной, церковно-причтовый дом, склад, гараж, общественные туалеты, котельная, автоматизированная канализационно-насосная станция) выполнены из красного кирпича и отторочены белой отделкой.