Некоторые позднейшие исследователи отмечают, что смешение разнородных архитектурных принципов несколько повредило целостности общего облика Архангельского собора, но, тем не менее, этот изящный храм настолько пришелся по душе москвичам, что в течение почти столетия он служил образцом для других церковных и светских построек. Многие элементы Архангельского собора были использованы при строительстве Грановитой палаты, Благовещенского собора, Теремного дворца в Кремле.
Порталы храма обильно украшены резным растительным орнаментом. Первоначально собор окружала открытая арочная галерея, а закомары были украшены островерхими белокаменными пирамидками. Галерея, вероятно, была разобрана в XVII столетии.
В интерьере собора царит полумрак. В этом полумраке безмолвно высятся сорок шесть массивных каменных гробниц московских князей и царей, начиная с Ивана Калиты и кончая Иваном Алексеевичем, братом Петра I. Исключение составляют князь Даниил Александрович, погребенный в Даниловом монастыре, и князь Юрий Данилович, брат Калиты, похороненный в Успенском соборе, а также Борис Годунов. Его останки были выброшены отсюда в 1606 году Дмитрием Самозванцем и отвезены в Троице-Сергиеву лавру. Здесь же находится могила полководца М. В. Скопина-Шуйского. Здесь же похоронен император Петр II, умерший в 1730 году в Москве от оспы. И здесь же были упокоены мощи святых мучеников князя Михаила Всеволодовича Черниговского и его боярина Федора, погибших в Орде в 1246 году. В Архангельском соборе погребены и Петр Ибрагимович, царь Казанский, и царевич татарский Александр Сафагиреевич, сын царицы Сумбеки, – зримое свидетельство того, что, по словам русского духовного писателя А. Н. Муравьева, «не муками и не кострами, как некогда князей черниговских, тверских и рязанских, терзаемых в Орде за веру предков, но кротким светом Евангельской истины призывала Святая Русь закоснелых врагов своих из тьмы язычества в благодатное царство Христово».
В соборе находятся гробницы многих удельных князей из Московского княжеского дома – Юрия Звенигородского, Василия Косого, Юрия Дмитровского, Василия Ярославича Боровского, Андрея Углицкого, а также героя Куликовской битвы Владимира Храброго, князя Серпуховского. Вся русская история, персонифицированная в именах ее главнейших деятелей, спит в стенах Архангельского собора. При жизни многие из них враждовали друг с другом, но ныне, примиренные смертью, лежат рядом друг с другом.
Архангельский собор, видимо, был расписан сразу же после окончания строительства. Однако существующая роспись храма относится уже к 1652–1666 годам. Ее авторами являются знаменитые «изографы» той поры – Гурий Никитин, Сила Савин, Симон Ушаков, Степан Резанец, Федор Зубов. В живописи Архангельского собора, по словам Е. С. Сизова, «в лицах раскрывается история России». Целая портретная галерея проходит перед нами – великие князья Киевской Руси, князья Владимиро-Суздальской Руси, московские великие князья и удельные князья Московского княжеского дома… Это не портреты, а некие «воображенные подобия», образы князей. Их фигуры объединены между собой в единую красочную процессию, устремляющуюся к алтарю.
Росписи Архангельского собора включают в себя и композиции на тему подвигов Архангела Михаила, предводителя Небесных Сил бесплотных, ведущих незримую борьбу с силами ада. Ими расписаны северная и южная стены храма. В их канву вплетено несколько сюжетов, повествующих о борьбе Руси с татарами.
