Экспозиция включает предметы быта, церковную утварь и редкие книги.
Собор построили в 1691 году по замыслу архиепископа Афанасия — сподвижника императора Петра I. Каменная колокольня, возведенная в 1683–1685 годах, входит в состав этого памятника федерального значения. Сейчас колокольня частично отреставрирована и открыта для посещения.
В музее собраны старинные книги монахинь Холмогорского монастыря, монеты, крестики, богослужебное облачение и фотографии, рассказывающие об истории святой обители. Особый интерес вызывает саквояж доктора Ивана Боброва — основателя Холмогорской больницы, который лечил жителей всей округи.
Музей посещают школьники, изучающие основы православной культуры, и туристы. Настоятель собора протоиерей Олег Шевчук проводит экскурсии об истории храма, его архитектуре и святынях. Гости поднимаются на колокольню, откуда открывается вид на Холмогоры и окрестности.
Музей основали при служении отца Леонтия, а прихожанка Елена Калинина внесла значительный вклад в формирование экспозиции. Коллекция продолжает пополняться новыми экспонатами. В планах — создание иконной лавки, санитарной зоны и уголка для туристов, а также разработка презентации об истории собора, императоре, царской семье Брауншвейгов, мореходном училище, архиепископе Афанасии и первой славянской школе на Севере.
Экскурсии проводят для организованных групп и индивидуальных посетителей по предварительной договоренности.