Работа по созданию музейной экспозиции началась задолго до реставрации собора. В январе 2024 года сотрудники музея-усадьбы Чайковского представили первую плоскостную выставку «Собор. Возрождение», рассказывающую о священнослужителях разных лет. В дальнейшем к проекту подключились дизайнер Анна Култышева и научные сотрудники, расширившие экспозицию за счёт подлинных предметов XIX века и дореволюционных изданий.
Среди наиболее ценных экспонатов – муляж метрической книги с записью о крещении Чайковского, редкие ноты, церковная утварь и монеты 1815 года, напоминающие о вкладе заводских рабочих в строительство храма. Дополнили коллекцию также книга святого Димитрия Ростовского первой половины XIX века и уникальное издание XVII века, переданное в дар семьёй священнослужителя Василия Гереева. Книга содержит Псалтырь, Ирмологий и наставления, а также рукописную дату – 1687 год.
Музей открыт для посещения по предварительной записи. Экспозиция продолжает пополняться за счёт находок и даров местных жителей, сохраняя память о духовной истории города и его храма.