По словам митрополита Пензенского и Нижнеломовского Серафима, храм расписывался по благословению Святейшего Патриарха Московского и всея Руси Кирилла комплексно в короткие сроки. Выбранное цветовое решение делает его светлым и наполненным правильным объемом, что придает ему соответствующую статусу Первохрама Пензенской области величественность.
В Пензенской епархии РПЦ сообщили, что по поручению Патриарха возрожденный в стиле русского классицизма XIX века собор расписан в традициях, характерных для петербургских храмов того времени. За образец был взят интерьер Преображенского собора Санкт-Петербурга. Но при этом роспись с образами святых и картинами из священной истории не занимает большую часть стен собора.
Работы по росписи вела творческая мастерская Дмитрия Трофимова «Царьград». Они начались в марте 2024 года с алтаря. Иконопись была сделана маслом в стиле мастерской «Палехский иконостас». После чего перешли на левый придел собора, затем на центральную часть и под конец - правый придел. Всего было задействовано более 60 человек.