Strategiczny charakter budowy cerkwi sprawił, że architekt Świętego Synodu Nikołaj Syczew już w 1867 przedłożył gotowy projekt i kosztorys. Zakładał on wzniesienie jednokopułowej cerkwi bez dzwonnicy, czego łączny koszt miał zamknąć się w 122 tys. rubli. Opiniujący wniosek Petersburski Komitet ds. Budownictwa Kościelnego wprowadził jednak istotne modyfikacje, nakazując upodobnić cerkiew do świątyń Kijowa, co miało podkreślać związek prawosławia na ziemiach polskich z metropolią kijowską i zaprzeczać twierdzeniom o jego obcym pochodzeniu i sztucznym wprowadzaniu. Polecono również wznieść dzwonnicę, co podnosiło łączny koszt całości do 140 tys. rubli. Komitet budowy cerkwi, pragnąc uzyskać państwowe dofinansowanie inwestycji, zaakceptował poprawki, nakazując wznieść świątynię na planie krzyża greckiego i nakryć pięcioma kopułami zgrupowanymi wokół największej, centralnej. Po zmianach w projekcie budynek miał powierzchnię 776 metrów kwadratowych i był przygotowany do równoczesnego udziału 800–1000 osób w nabożeństwieD. Sawicki, Historia Katedry..., ss. 443–444..