В 1777 году главнокомандующий Азовской флотилией и Таганрогским портом контр-адмирал Фёдор Алексеевич Клокачёв обратился к архиепископу Славянскому и Херсонскому Евгению (Вулгарису) с просьбой о разрешении на строительство храма во имя Святителя Николая в морских кварталах Таганрога. Место для строительства было выбрано на участке, где, по преданию, располагалась палатка Петра I во время его первого визита на Таганий Рог. Строительство продвигалось быстро, и уже в 1778 году церковь была освящена. Фундамент храма был каменным, а стены — деревянными. Вскоре после освящения храм получил статус соборного и выполнял эти функции до постройки Успенского собора. Первым настоятелем храма был священник Исидор Ляхницкий из Воронежской епархии.
В 1844 году на средства прихода была построена новая деревянная колокольня, заменившая обветшавшую прежнюю. В 1845 году к храму была пристроена трёхъярусная кирпичная колокольня во имя святой великомученицы Параскевы, а также благоустроена прилегающая территория. Позднее к приделу была пристроена трапезная. Архитектурно здание представляет собой типичную приходскую церковь, выстроенную по классическим канонам, с элементами стиля ампир в оформлении колокольни и трапезной.
Во время Крымской войны, 22 мая 1855 года, Таганрог подвергся артиллерийскому обстрелу со стороны союзных войск. В результате обстрела храм получил повреждения, о чём свидетельствуют ядра, застрявшие в его стенах.
В 1941 году, в период Великой Отечественной войны, деревянная часть церкви полностью сгорела. В 1957 году верхние ярусы колокольни были взорваны. На территории храма располагались различные учреждения, включая теннисный корт, конюшню, гаражи и деревообрабатывающий цех, что привело к значительному разрушению комплекса.
В начале 1990-х годов, по проекту СК ДП «Спецреставрация», были проведены работы по восстановлению колокольни и строительству нового кирпичного здания храма на месте сгоревшего, с размещением в нём административных помещений. Внутренняя планировка была выполнена таким образом, чтобы в будущем здание можно было использовать для богослужений. Храм охраняется как памятник истории и культуры XVIII века.
С храмом связаны имена известных личностей. Во время службы в Таганроге офицером Азовской флотилии прихожанином храма был Фёдор Ушаков, впоследствии адмирал, причисленный к лику святых. В хоре Никольского храма вместе с отцом и братьями пел Антон Павлович Чехов. Прихожанином храма был также святой блаженный Павел Таганрогский, чьи мощи ныне покоятся в Свято-Никольском храме.
