Статус собора церковь получила лишь в 1860 году. В белокаменном храме с куполами было восемь колоколов, и их перезвон был слышен не только в городе, но и далеко за его пределами. На территории храма также располагались отделение свечного завода и церковная библиотека.

 
Собор стал первым каменным зданием в Мариинске, и для таких небольших городов он был довольно крупным. Со временем он продолжал расширяться. Так, в 1874 году у двух приделов появились пристройки, а в самом храме возвели еще два престола: правопридельный алтарь во имя Богоявления Господня и левопридельный во имя Казанской иконы Богоматери. В главном престоле во имя Николая Чудотворца располагался трехъярусный иконостас, а в правопридельном и левопридельном — двухъярусные.

На содержание собора жертвовали деньги местные жители, торговцы, купцы. Например, на церковную ограду средства выделил торговец Яков Васильев. Его дом с каменными двуглавыми орлами до сих пор стоит на улице Советской (в прошлом — Гондатьевской).

 
Собор был украшением города. В нем присутствовал на богослужении в 1891 году великий князь Николай Романов, будущий император. Но в 1937 году храм закрыли по постановлению Всероссийского центрального исполнительного комитета. Местная власть хотела уничтожить собор, и в 1940 году при помощи местных жителей его разобрали.

 
В память о разрушенном Никольском соборе стараниями верующих в начале 1980-х годов на новом месте был построен небольшой деревянный храм. В 2000 году было решено возвести вокруг него кирпичные стены, и вскоре на новое здание торжественно установили купол с крестом. Первое богослужение в построенном храме состоялось 14 октября 2002 года, на праздник Покрова Божией Матери.