Восточный фасад собора композиционно повторяет Петровские ворота. Здесь применен типичный прием барокко - создание иллюзии бесконечно расширяющегося пространства, принцип анфиладного построения.

Восточный фасад собора сохранил членение на 3 части сдвоенными пилястрами. Так же, как ворота, он двухъярусный, с декоративным аттиком и завершается лучковым фронтоном. Аттик украшают волюты. Основой первоначального замысла ансамбля крепости была пространственная взаимосвязь собора и ворот. Однако позднее эта композиция была искажена. Вдоль линии канала строится здание артцейхгауза, закрывшее вид от ворот на собор.

До пожара 1756 года вид Петропавловского собора немного отличался от существующего сейчас. Колокольня была ниже - сейчас она составляет 122,5м, а раньше - 106,5м. Собор имел высокую кровлю с изломом, что характерно для построек I трети XVIII века. Мотив высокого лёгкого шпиля имел особенно большое распространение в Петербурге - но прототип его надо искать в Голландии, Дании и Прибалтике. Архитектура Петровских ворот, собора, весь ансамбль крепости - необычен для Московской Руси.