Несмотря на все переделки, храм выглядел даже старше своих лет, вызывая ассоциации с соборами домонгольской Руси. Аркатурно-колончатый пояс посреди стен — явный архаизм, вероятно, сознательный, в подражание домонгольским памятникам или Успенскому собору. Храм украшали резные порталы необычайно тонкой работы, а также редкий керамический фриз (схожий по рисунку сохранился на церкви в селе Чашникове Московской области; одна из керамических плит чудовского собора хранится в кремлевской церкви Ризположения). Сноповидные капители портала храма аналогичны сохранившимся на портале собора XV века в подмосковном Волоколамске. Основание барабана центральной главы окружал ряд кокошников. Полукруглые закомары на фасадах были украшены настенной живописью. Система конструкций чудовского собора, по мнению реставратора П. Д. Барановского, была уникальной для Москвы, повторяясь только в храме Крутицкого подворья.
Интерьер собора украшали древний пятиярусный иконостас 1626 года и фрески середины XVI века, в алтаре над престолом находилась уникальная деревянная резная позолоченная сень, сделанная в 1641 году мастером Петром Ремизовым. Она изображала верх храма о 12 главах (ныне находится в кремлевском соборе Двенадцати Апостолов). По образцу чудовского иконостаса был в 1684 году выполнен нижний ряд иконостаса Успенского собора в Кремле. Известна, увы, единственная фотография интерьера собора, сделанная в 1889 году знаменитым русским фотографом XIX века И. Ф. Барщевским.
Иконостас собора Чуда Архангела Михаила в Хонех Чудова монастыря. Фотография конца XIX века.
Надпрестольная сень в соборе Чуда Архангела Михаила в Хонех в Чудовом монастыре. 1641. Мастер Петр Ремезов. Фотография конца XIX века. Ныне находится за иконостасом кремлевского собора Двенадцати Апостолов и посетителям его недоступна.
В нижнем ярусе подклета, в начале XX века уже совершенно скрывшемся под землей, по преданию, был заточен патриарх Гермоген; в верхнем ярусе подклета в 1913 году был устроен в его честь особый придел. Своды нижнего подземелья собора опирались на четыре столпа; оно имело три алтарные ниши; при раскопках в начале XX века здесь обнаружили железные цепи, ошейники, вериги, человеческие кости и черепа.
В 1929 году реставраторы и музейные работники до последнего пытались спасти собор Чуда. Успели разобрать иконостас, иконы ныне в кремлевских музеях. Также удалось перенести из собора керамический портал XVI века. Реставраторы Д. П. Сухов и П. Д. Барановский спешили обмерить собор, а художник С. С. Чураков «со товарищи» хотел снять хотя бы часть ценных фресок с его стен. Но не успели. После 11 декабря 1929 года, по сведениям В. Ф. Козлова, специальная комиссия ЦГРМ наметила 35 фрагментов фресок для снятия со стен. Комендатура Кремля пообещала, что в течение двух ближайших недель сносить собор не будут. Но 17 декабря 1929 года в 9 часов утра сотрудники Государственных реставрационных мастерских «нашли храм взорванным и представляющим груду строительного мусора». Видимо, эта акция была приурочена к Рождеству. Две фрески, снятые накануне, были взрывом разметаны. Целый месяц реставраторы собирали на руинах фрагменты росписей, точь-в-точь как после войны это происходило во взорванных фашистскими войсками храмах Новгорода…
Ночной взрыв, впервые опробованный властями в Чудовом монастыре, не раз повторится в истории московских храмов в XX столетии.
Два храма стояли рядом и имели общую кровлю, образуя единое здание с десятью куполами и шестью алтарными апсидами. Другого примера такой композиции в Москве не было.
Чудов монастырь. Южный фасад церкви Алексия Митрополита. Обмерный чертеж середины XIX века.
Чудов монастырь. План соединенных церквей Благовещения, Алексия Митрополита и Апостола Андрея. Чертеж начала XX века. Вверху — общий план Чудова монастыря.