Die Erzengel-Michael-Kathedrale an der Südostseite des Kathedralenplatzes ist vor allem dadurch bekannt, dass dort vom 14. bis zum 17. Jahrhundert die Moskauer Großfürsten und die russischen Zaren beigesetzt wurden. Das dem als Schutzpatron russischer Herrscher verehrten Erzengel Michael geweihte Gotteshaus entstand in den Jahren 1505–08 an der Stelle einer gleichnamigen Kirche aus dem Jahr 1333. Wie die Mariä-Entschlafens-Kathedrale wurde auch die Erzengel-Michael-Kathedrale durch einen italienischen Bauschaffenden, in diesem Fall den Mailänder Aloisio Lamberti da Montagnana, errichtet. Größere nachträgliche Um- und Ausbauten an der Kathedrale gab es im späteren 16. Jahrhundert, als an die Ostfassade zwei Apsiden angebaut wurden, sowie im 18. Jahrhundert, als das nahe dem Abhang zum Moskwa-Ufer stehende Gebäude zusätzlich gestützt werden musste damit es nicht abrutschte.

Der architektonische Stil der Kathedrale gilt als eine Mischung aus traditioneller altrussischer Sakralbaukunst und Elementen der italienischen Renaissance: Für russische Kathedralen typisch und u. a. an die Mariä-Entschlafens-Kathedrale angelehnt ist vor allem die symmetrische Fünfkuppelkonstruktion und die halbkreisförmigen Fassadenabschlüsse (sogenannte Sakomary), während die Dekoration der Fassaden – darunter die nach Muscheln stilisierten Ornamente in den oberen Bogennischen – zu den für die Renaissance typischen Details zählt. Die beiden reichlich mit Pflanzenornamenten versehenen Eingangsportale lehnte Montagnana ebenfalls an die Architektur seines Heimatlandes an.

Im Inneren der Kathedrale, dessen größten Teil der einstöckige Altarraum und die ehemalige Sakristei einnehmen, fallen Wand- und Gewölbefresken aus dem 17. Jahrhundert auf, von denen mehrere dem für die Kirche namensgebenden Erzengel Michael gewidmet sind. Die vierrangige Ikonostase mit der vergoldeten Zarenpforte in der Mitte stammt ebenfalls aus dem 17. Jahrhundert. Besonders bekannt sind aber die insgesamt rund 50 durch große ornamentierte Gedenksteine markierten Begräbnisse von Großfürsten, Lehnfürsten, Zaren und deren nächsten Angehörigen, die sich über den ganzen Innenraum der Kathedrale verteilen. Hier fanden alle Moskauer Großfürsten seit Iwan Kalita († 1341) und nachfolgend alle Zaren vor Peter I. „dem Großen“ (mit Ausnahme von Boris Godunow) ihre letzte Ruhestätte. Die russischen Zaren ab Peter dem Großen wurden – mit Ausnahme von Peter II., der ebenfalls in der Erzengel-Michael-Kathedrale ruht – allesamt in Sankt Petersburg in der dortigen Peter-und-Paul-Kathedrale beigesetzt.