En kort gåtur fra Vinterpaladset ligger en anden af zarernes kæmpebyggerier. Selv om Isak-katedralen kun er verdens fjerdestørste kuppelkirke, er den muligvis kirken med det mest monumentale udtryk.

Alt ved den er stort og massivt. Allerede når man nærmer sig bygningen, mærker man tyngden i de store perfekte granitsøjler. Ligesom Alexander-søjlen ved Vinterpaladset er de skåret ud i et stykke af bjerget, og med imponerende ingeniørkunst transporteret og rejst på byggepladsen.

Trods de enorme dimensioner er der ingen hvide vægge i kirkerummet. Alt er dekoreret med malerier, mosaikker, figurer og marmor-skifter.

Selv når man står i kirken, kan det være vanskeligt at fornemme størrelsen af dekorationerne, og man imponeres af, hvordan kunsterne har evnet at male på stærkt buede flader og alligevel få dimensionerne til at se korrekte ud nede fra kirkegulvet.

Kirken rummer 103 vægmalerier, hvoraf mange er på adskillige hundrede kvadratmeter. Hertil kommer 600 kvadratmeter kunstværker i mosaik. Billederne er meget farverige og rummer så megen skønhed og livsglæde, at de næsten står i kontrast til bygningens tunge konstruktion.

Væggene i den indre kirke er udført i varierende typer af marmor og forskellige kostbare stenarter heriblandt store mængder af den grønne malakit.

Selve bygningen er 101,5 meter høj (i Skt. Petersborg er kun Peter-Paul Katedralens spir højere). Mod at købe en særskilt billet kan man få lov at bevæge sig de mange trin op til søjlegangen under guldkuplen, hvorfra man får byens bedste udsigt.

Isak Katedralen er den fjerde kirke på stedet, og byggeriet blev sat igang af zar Alexander 1 som ønskede at renovere den tidligere kirke ovenpå sejren over Napoleon.

Byggeriet endte med at blive seks gange så dyrt som Vinterpaladset. Alene lægningen af fundament og kælder varede fem år og involverede 125.000 personer. Hele byggeriet varede i 40 år.

På grund af Skt. Petersborgs bløde og fugtige undergrund måtte man banke 11.000 fyrrestolper i jorden (udover de 13.000 som stod der i forvejen fra tidligere kirker på stedet). Pillerne dækkedes med to lag granitplader, hvorpå man kunne påbegynde lægningen af et egentligt fundament.

Udenfor kirken er placeret 24 granitsøjler som hver vejer 114 tons. Rejsningen af dem krævede store trækonstruktioner blot for at kunne rejse dem.

Den store kuppel over kirken hviler også på granitsøjler. Det er dog ikke mindst forgyldningen, som imponerer. Den bidrog også til at gøre kirken dyr. Blot til at dække kuplerne blev der brugt 100 kg bladguld. Herudover er der brugt 300 kg guld til den øvrige udsmykning.

Kirken menes at kunne rumme op imod 10.000 mennesker (nogle kilder mener 14.000). Den er tegnet af arkitekten Auguste Montferrand og fik sit navn efter den dag, hvor Peter den Store blev født. Dagen for Isak af Dalmatien.

Kirken blev flere gange ramt at granater under krigen, og der ses stadig skader på granitsøjlerne. I en stor del af sovjetperioden var det forbudt at udøve religiøse handlinger i bygningen. I en periode i 1930'erne  husede den endda et Antireligiøst Museum. I dag fungerer kirken imidlertid atter som kirke for den russisk-ortodokse kirke. For turister er det dog primært et museum, hvortil man skal betale entré.

Kirken er åben døgnet rundt (undtagen en halv times tid omkring midnat). Det er en særlig oplevelse at besøge den om natten.