До 1883 г. собор оставался холодным и служили в нем только в летнее время. В том году было устроено отопление.
Стены собора сплошь покрыты рельефными изображениями Господа, Божией Матери, Ангелов, святых, фигурами животных и растений. До сих пор неизвестен смысл этих скульптурных изображений. Есть несколько предположений. Согласно одному, это олицетворение слов псалма: «всякое дыхание да хвалит Господа». Согласно другому, большая часть изображений относится к событиям жизни св. Димитрия Солунского, который был проконсулом в Македонии, а также к действиям цирка. Согласно третьему предположению, вся фантастическая композиция является параллелью к древнему стиху о «Голубиной книги» – славянскому литературному произведению, смысл которого в общих чертах был понятен современникам. По свидетельству летописцев, великий князь дивно украсил церковь иконами и письмом. Но от этих украшений ничего не осталось.
Святыней собора была икона вмч. Димитрия Солунского, написанная в 1197 г. на доске от его гробницы, и принесенная в дар князю Всеволоду из Солуни (современные Салоники в Греции) – родины св. вмч. Дмитрия. В 1380 г. по повелению князя Дмитрия Ивановича Донского, икона была перенесена в Московский Успенский собор и впоследствии поставлена при гробе свт. Филиппа.
Престол в храме один – во имя св. мч. Дмитрия Солунского. Приделы свт. Николая и Ивана Предтечи, устроенные Иоанном Грозным, были упразднены Николаем I. Внутри собора был погребен Владимирский наместник граф Роман Иларионович Воронцов. На его могиле был сооружен дорогой художественный памятник из каррарского мрамора, сделанный в Лондоне.
Своего прихода Дмитриевский собор никогда не имел.
Владимирская часовня на Соборной площади. В 1797 г. при епископе Иерониме, для сбора доброхотных подаяний в пользу Успенского собора, на Соборной площади была построена часовня. Любопятно, что она пользовалась особым почитанием у гимназистов мужской гимназии, расположенной на Соборной площади. В 1891 г. часовня была обращена в церковь. В ней устроили престол сщмч. Антипия, в память престола, существовавшего на хорах Успенского собора. Внутри церкви находился резной вызолоченный иконостас и плафон, расписанный воспитанником Академии Художеств неким Гусевым.
Церковь была снесена в 1925 г. Существует поверье, что место, где она стояла, особое, и знающие люди стараются по нему не ходить.
Золотые ворота. Золотые ворота являются памятником Владимирского зодчества времен князя Андрея Боголюбского. Они были заложены в подражание киевским Золотым воротам, для проезда между валами. Когда работы по постройке ворот уже подходили к концу, своды внезапно обрушились и задавили под собой двенадцать человек. По приказу князя