Строительство большого Знаменского собора началось в 1815 году и продолжалось 10 лет. "Ежегодно зимой заготовлялись строительные материалы ..., а весной закипала работа, требовавшая массы мастеров и рабочих разного рода" .
Руководил строительством архимандрит Знаменского монастыря Палладий (Белевцев), бывший артиллерийский офицер.
Храм был построен в стиле Возрождения: в плане в виде креста, кубический объем, на котором возвышается световой барабан, увенчивает сферический купол диаметром 20 метров. Выстроен храм из обоженного кирпича, облицован мячковским камнем (из подмосковного села Мячково). Толщина стен основания — 5,7 метра. Высота центральной части собора — 48 метров. Размеры Знаменского собора так велики, что куряне сравнивали его с храмом Христа Спасителя. Фронтон южной части храма имел портал с шестью колоннами коринфского ордера. В церковь вели три галереи и вход через южный фронтон. Колокольня с двумя башнями - на северной были установлены часы. Основной купол и четыре малые главки позолочены червонным золотом. Внутренняя часть стен отделана под мрамор и украшена лепными изображениями на библейские сюжеты и картинами на религиозные темы, написанными на холсте иконописцем Рукавицыным. Купол расписан фресками. Главный одноярусный иконостас и южные двери отливались в Петербурге из чугуна. Все иконы вызолоченного иконостаса были написаны на холсте академиком живописи Борги.
Главный алтарь собора — Знамения Пресвятой Богородицы, южный придел — Святых Митрофания Воронежского и Александра Невского; на южных хорах — придел Святого Николая Мирликийского. Северный придел — Тихона Задонского и Серафима Саровского. Иконостасы приделов были деревянные позолоченные.
В Знаменском соборе находились и две иконы курского ополчения Крымской войны 1853-1856 годов. Одной из них, Знамения Пресвятой Богородицы, архиепископ Курский Иллиодор благословлял курское войско на бой.
В 1833 году в Знаменский собор из Белгорода была переведена архиерейская кафедра, а в 1854 году монастырь стал первоклассным. В 1860 году в нем жили: наместник, 7 иеромонахов, 7 монахов, 12 послушников и 44 человека на испытании.
На обоих башнях Знаменского собора были установлены колокола, общим весом 32 тонны. Особенно выделялся большой колокол, пожертвованный белгородским купцом Н.Чумичевым в 1866 году.
