喀山大教堂是根據沃羅尼欣的設計于1801一1811年建成的，它的外貌具有典型的當時帝國風格的特征。教堂最顯著的特征是它有一個呈半圓形的柱廊。柱廊的后面露出高達70米的教堂圓頂。去俄羅斯旅游可能會去到這里，因為這里充滿了歷史的印跡。
建筑師在設計這座教堂時遇到不少困難。其中之一，就是東正教要求教堂必須面向東方；受地理環境的制約，教堂只能以它的側面對著主要大街。建筑師們采取了把側面設計得十分壯觀的方法解決了這一難題。因為人們一看氣度非凡的柱廊，就忘記了這不是教堂的正面。這種處理方法極其大膽，富有特色。高大的圓頂居中聳立在一排排圓柱上空，圓頂有70米高。大教堂正面的浮雕、北面柱廊上的雕刻、殿內裝飾和油畫均出自名家之手。喀山大教堂的內部不大像一般的教堂，而更像一座宮殿。它明亮、輕快，以柱列分隔的長形主堂高大寬敞，中央穹頂輝煌華麗，仰視可見一幅圣母圖，周邊飾以圣經人物雕刻和水彩壁畫。
喀山教堂名稱來自于教堂內所供奉的喀山圣母像。當恐怖伊凡的軍隊突擊喀山時，在烽火中發現了這尊圣像畫。由于喀山圣母像不斷地傳出顯靈的事跡，故成了俄羅斯東正數教徒最敬奉的圣像之一。1612—1613年之間當由德特里·玻扎爾斯基公爵所組成的民兵，在解救被波蘭軍隊所占領的莫斯科的戰役中，亦帶著這塊圣像畫。在喀山圣母的庇護之下，與波蘭軍隊的交戰得到了空前的勝利，從此圣像畫被視為俄-隊的守護神。1710年從莫斯科運送一幅無論在造型，或構圖上類似喀山圣母的圣像畫至圣彼得堡。當俄皇保羅一世訪問羅馬期間，曾下令于圣彼得堡的涅夫斯基大道上興建一座以羅馬的圣玻勒可萊·得·托里彼得教堂為設計藍本的石造教堂。整個工程歷時十年。這是一座獨一無二的俄式禮拜堂。
大教堂在抗擊拿破侖的戰爭年代中，其宗教意義已退于次要地位。殿內存放過繳獲的戰旗和一些歐洲城市和城堡的鑰匙。1813年，俄軍統帥庫圖佐夫的靈柩被安葬在教堂北側祭壇。1837年在教堂前廣場上落成庫圖佐夫和巴克萊·德·托利統帥石雕像。至此喀山大教堂成了1812-1814年衛國戰爭的紀念館。
1932年起辟為國家宗教與無神論歷史博物館。這是世界上第一個以說明宗教歷史、宣傳無神論為目的的博物館。館內收藏涉及人類歷史上存在過的各種宗教的展品，多達17萬件以上。其中有些反映人類原始宗教信仰的崇拜物和反映現代宗教信仰的崇拜對象的展品是迄今世界上獨一無二的。在“東方宗教”部可以見到佛教和道教的陳列品，以及豐富的迷信用品。其中最有趣的要算俄國漢學家阿列克塞耶夫于1906-1907年間收集的中國民間年畫，共1000幅，這是世界上最好的中國年畫整套藏品之一。該博物館所設圖書館是原蘇聯國內宗教史文獻、無神論史類和宗教學研究著述藏書最多的圖書館，曾作為中心機構向其他加盟共和國的博物館提供指導。
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