Domstolen har dömt alla tre medlemmarna till två års fängelse.
Sveriges utrikesminister Carl Bildt är kritisk till domen.
-Domstolen anser att målet med bestraffning - som återställande av social rättvisa, rehabilitering av de anklagade och förhindrat att liknande brott - bara kan uppnås om de döms till fängelse, säger domaren enligt Interfax.
Domstolen anser att de tre kvinnorna drevs av "hat och fientlighet mot troende", rapporterar nyhetsbyrån Interfax.
Pussy Riot sjöng en "blasfemisk" och "förolämpande" sång i Frälsarkatedralen, enligt domstolen. Kvinnorna ska ha begått ett "allvarligt brott mot allmän ordning" och stört lugnet, och ska ha varit medvetna om att deras agerande var förolämpande.
Bandmedlemmarna själva har insisterat på att deras protest var politisk och riktad mot myndigheternas och kyrkans, enligt dem, olämpligt nära relation. Trots detta har åklagare hävdat att brottet varit religiöst motiverat. Att sången som Pussy Riot framförde inkluderade president Putins namn var, enligt åklagaren, ett försök att förkläda protesten som politisk.
Utrikesminister Carl Bildt (M) är kritisk till domen och beskriver rättegången som "farsartad".
-Domen är orimligt hård och rättegången har visat tydliga tecken på att vara politiserad. Det ingår i en trend vi har sett i det ryska rättssystemet med olika försök att kringskära den ryska oppositionen. EU har ju också reagerat hårt mot domen och tycker att den ska omprövas, säger Bildt till TT.
Hur kommer det politiska klimatet i Ryssland att påverkas?
-Det beror på vad reaktionerna blir. Man ska inte bortse från att det var en kontroversiell protest eftersom det var inne i en kyrka, men jag tror att de flesta i Ryssland uppfattar det som en orimligt hård dom av tre unga flickor. Det visar att domen har fått en politisk karaktär.
Nadezjda Tolokonnikova, en av de åtalade, säger att hon inte ångrar framträdandet.
-Vi är glada att vi ofrivilligt har blivit epicentrum för en enorm politisk händelse, sade Tolokonnikova till tidningen Novaja Gazeta.
Hon tror dock inte att hon och de åtalade vännerna kommer att få en rättvis dom. Och gruppen kommer inte heller att be president Putin om benådning.
-Putin? Skämtar du? Så klart vi inte ska. Han borde be oss och er om att benådas.
På flera håll förekom i dag manifestationer till stöd för Pussy Riot. Ett hundratal personer samlades utanför ryska ambassaden I Stockholm för att lyssna på tal av bland andra musikjournalisten Ametist Azordegan och svenska Pen-klubbens internationella sekreterare Ola Wallin.
Initiativtagare till stödmanifestationen var författaren och debattören Kurdo Baksi.
-Behandlingen av Pussy Riot är som en kniv i mitt hjärta, säger han.
Om domen säger han:
-Jag är jätteledsen, chockerad och förbannad och hoppas att nästa instans kan ändra domen till villkorlig.