Трёхпрестольный каменный собор во имя святителя Николая Чудотворца был построен в 1838 году на средства купцов Григория Андреевича и Дмитрия Андреевича Поляковых по проекту архитектора Петра Григорьевича Пятницкого. Приделы были освящены в честь святых покровителей братьев Поляковых: правый — во имя святителя Григория Нисского, левый — во имя великомученика Димитрия Солунского.
В 1840-х годах по проекту архитектора Фомы Ивановича Петонди была возведена церковная ограда. В 1901–1902 годах интерьеры храма были обновлены на средства купца Ивана Леонтьевича Мешкичева. Проект реконструкции подготовил архитектор Пётр Васильевич Тихомиров, иконы для иконостаса написал петербургский иконописец Василий Пошехонов, а сам иконостас был изготовлен в мастерской казанского купца Михаила Тюфилина.
Архитектурно собор представляет собой пятиглавый храм, крестообразный в плане, выполненный в стиле позднего классицизма. Он расположен на высоком берегу Камы и является одним из наиболее ценных архитектурных памятников Казанского края.
В 1927 году Никольский собор был закрыт и передан обновленцам. В 1932 году богослужения в соборе возобновились, но в 1936 году храм вновь закрыли, после чего он использовался в качестве склада.