Собор Смоленской иконы Божией Матери – старейший храм Новодевичьего монастыря. Он был построен в 1524-1525гг. и по архитектуре схож с Успенским собором Московского Кремля, хотя и отличается от него по ряду особенностей. Смоленский собор приписывается работе либо Алевиза Нового (ум. около 1531г.), либо зодчего Нестора (погиб при строительстве собора).

Собор поставлен на высокий белокаменный подклет и сложен из большемерного кирпича; фасады его, разделенные лопатками на четыре прясла по длине и три – по ширине, практически лишены украшений. Только трехчастная апсида украшена тонким аркатурным пояском. Своды опираются на крестчатые столпы (новшество, привнесенное в русское зодчество итальянцами). Храм окружен галереями с арочными проемами (часть которых ныне заложена) и маленькими приделами с южной и северной сторон. Ступени высоких крылец ведут ко входу в собор. Пять глав собора поставлены асимметрично – они смещены к восточной части, так, что одно отделение длинной стороны здания оказывается не под куполами, а как бы вынесено вперед. Высокие и широкие барабаны под куполами – световые, с узкими щелевидными окнами. Особенно интересен в этом плане центральный барабан. В нем два яруса окон: высокие внизу и узкие и маленькие – вверху, почти под самой главой. Эти ярусы как бы повторяют схему расположения окон в два света в самом четверике. Окна верхнего яруса, узкие и высокие, расположены практически в закомарах, доходя до линии завершения лопаток. Нижние же окна шире, хотя и ненамного, и обведены очень скромными и простыми наличниками.
Росписи, сохранившиеся в соборе, относятся к 1526-1530гг. Во времена Бориса Годунова фрески были поновлены, но не переписаны. Закрасили их позже, и только при реставрации в советское время, когда собор отдали музею, стенам собора был возвращен первоначальный вид. Картины расположены в несколько ярусов на стенах и столпах и посвящены главным образом теме святых воинов и русских князей, чудесам Смоленской Иконы Богоматери; в росписях прослеживается идея Москвы как третьего Рима. Это вполне объясняется временем их создания – периодом становления Русского государства. Росписи сводов, судя по стилю, все же были сделаны при Борисе Годунове. Пятиярусный главный иконостас собора был сделан по заказу царевны Софьи в 1683-1686гг. мастерами Оружейной палаты. Иконостас, сделанный мастером из Шилова Климом Михайловым «со товарищи», резной и покрытый позолотой, неизменно притягивает взгляды посетителей музея.

Собор очень велик. Высота его от уровня пола (то есть не считая подклета) до замкового камня центрального подкупольного барабана – 33,7 м, а от уровня пола подклета до креста – 42,5 м.

В XVII веке на галереях были устроены небольшие приделы. В 1759г. при ремонте собора под руководством архитектора Мичурина окна были растесаны до больших прямоугольников.

После закрытия монастыря собор был занят музеем, в ведении которого и остается до сих пор.