Уникальный иконостас середины XIX в., перенесенный из Покровской церкви села Кичанзино Арзамасского района.
Сочетание барокко и позднего классицизма.
Современную крестильню, которая была возведена в 1990-е гг. на средства, пожертвованные арзамасскими предприятиями.

Архитектурная летопись (1794-1860):
Церковь Живоносного источника Пресвятой Богородицы построена в 1794 г. Она была возведена на средства прихожан вместо прежней каменной церкви начала XVIII в., и в те годы представляла собой прямоугольный в плане шестистолпный, завершенный вальмовой крышей храм с отдельно стоящей колокольней перед широкой западной папертью.
13 января 1795 г. в церкви был освящен главный престол во имя Пресвятой Богородицы в честь Живоносного ее Источника. 20 января 1796 г. освящен правый придел во имя Архистратига Михаила, а 18 января 1798 г. – левый придел в честь святых Афанасия и Кирилла, патриархов Александрийских.
В 1797 г. в церкви были поставлены иконостасы, выполненные арзамасским резчиком А.С. Ломакиным. В эти же годы на колокольне повешены колокола, а над ними в круглом проеме полуглавия установлены первые в городе часы (работали до начала ХХ в.). В храме были расписаны стены и своды, украшены живописью наружные ниши второго яруса колокольни и алтарной апсиды (в последней была написана икона Живоносного источника Пресвятой Богородицы).
Первые 40 лет после окончания строительства церкви соборные богослужения в основном проводились в ней, поскольку Воскресенский собор к концу XVIII века уже значительно обветшал и начал разрушаться, а позже, в 1814 по 1832 год полностью перестраивался. Лишь в 1823 году зимний Богородицкий храм был закрыт на непродолжительный ремонт, который был проведен в течение нескольких месяцев. 
В 1844 году живописных дел мастер О.Серебряков с сыном заключили с причтом Воскресенского собора рядную запись на роспись теплой церкви Живоносного Источника. Частично эти росписи могли сохраниться в алтаре.

Золотой век храма (1860-1917):
В 1860-е гг. в храме поставлен новый иконостас, выполненный местными мастерами Р.Е. Барабановым и братьями Митряшевыми. В эти же годы установлены киоты с большими иконами. Солея и клиросы ограждены вызолоченной перегородкой. Многое из этого было сделано на средства соборного старосты, известного арзамасского купца А.И. Будылина, который «за труды и значительные пожертвования свои» был «всемилостивейше» награжден золотой медалью.
В 1873 г. при городском главе купце А.Ф. Колесове благоустроена территория зимнего собора. Около него был разбит большой сквер, существующий до настоящего времени.
В 1885 г. храм был значительно расширен. С запада к нему сделана большая пристройка, перед двумя входами в которую с северной и южной сторон колокольни возведены паперти, покрытые двухскатными крышами с треугольными фронтонами. Тогда же на фасадах церкви прежний барочный декор был заменен на новый – классицистический, а позже в интерьере были заново расписаны стены и своды. О первоначальном пышном барочном убранстве конца XVIII века можно судить по частично сохранившимся фрагментам декора на южном и северном фасадах собора, а также по фотографии 1780 года, на которой явственно видны барочные волюты пилястр на венчающем колокольню восьмерике. После 1885 года пилястры волюты были сбиты, и пилястры превратились в плоские лопатки.
В 1900-1910 годы в храме были произведены большие ремонтно-строительные работы: на куполах барабана и колокольни заменены кровли, установлены новые медные золоченые кресты; заменены все окна, устроено водяное отопление; поновлена настенная живопись и заново вызолочен иконостас. Общая стоимость всех работ составила свыше 17 тысяч рублей.

Испытания XX века
После революции 1917 года Богородицкая церковь, как и все храмы на территории бывшей Российской Империи, не избежала поругания. В июне 1935 г. на основании постановления краевой комиссии по культам зимний храм был закрыт. Через месяц все его имущество было изъято, а здание приспособлено под общежитие для заключенных, работавших на стройках города по линии НКВД. С 1937 г. в нем находился спортивный зал.
После многочисленных обращений православных верующих г. Арзамаса в различные административные организации, при поддержке Святейшего Патриарха Московского и всея Руси Сергия в октябре 1944 г. решением Горьковского облисполкома зимний собор был вновь открыт. Вскоре в нем были выполнены большие ремонтно-строительные работы, после которых его внешний облик еще более изменился: с западной стороны пристроили просфорную, в обеих папертях двухскатные крыши с фронтонами заменили на односкатные, на колокольне выполнили новое покрытие, по форме и размерами отличавшееся от прежнего восьмилоткового сомкнутого свода.
В начале 1960-х гг. в храме был установлен более богатый резной иконостас работы середины XIX в., перенесенный из Покровской церкви села Кичанзино Арзамасского района. В 1980-е гг. в интерьере стены и своды были заново расписаны масляными красками, тогда же был отреставрирован и вызолочен иконостас.
В 1990-е гг. на средства, пожертвованные арзамасскими предприятиями, рядом с церковью Живоносного источника была возведена крестильня.
Современный облик.
В 2007 г. распоряжением Территориального управления Росимущества по Нижегородской области церковь передана в безвозмездное пользование Нижегородской епархии.

«От молитв до спортивных нормативов — эти стены видели, как история меняла их назначение, но не смогла уничтожить дух.»

Кованая ограда XIX века

Барочные золоченые четырехъярусные сборные иконостасы

Монументальная живопись XIX в.