До начала XX века жители поселка Шихраны (ныне город Канаш) и близлежащих деревень Малые Бикши и Атишево относились к приходу села Шихазаны, расположенного в восьми километрах от станции. Отсутствие собственного храма побудило местных жителей организовать молельню на станции. Из Цивильского женского монастыря была принесена Тихвинская икона Божией Матери, которая была установлена в здании вокзала, где инокини монастыря несли послушание. В этот период в поселке была открыта школа грамоты, впоследствии преобразованная в церковно-приходскую школу.
Желание построить собственный храм объединило усилия жителей станции и крестьян соседних деревень. Значительный вклад в строительство внес петербургский купец Иван Иванович Кудрявцев. Был образован строительный комитет под председательством священника Шихазанской церкви отца Гавриила Сироткина, а общее руководство осуществлял благочинный протоиерей Александр Василевский.
27 июня 1901 года был заложен первый камень под фундамент церкви. Строительство велось на средства прихожан и завершилось к 20 ноября того же года. 25 ноября (8 декабря по новому стилю) 1901 года храм был освящен в честь святителя Николая Чудотворца. Храм был построен из дерева и имел однопрестольную структуру. Он был возведен на холме и был виден более чем за 15 километров. Пятиглавый храм с колокольней стал архитектурной доминантой местности.
В дореволюционный период при храме действовало церковно-приходское попечительство. В 1904 году к приходу относились 443 двора с населением 2379 человек. При храме служили священник, диакон и псаломщик. Также функционировали Шихранская церковно-приходская школа и школы грамоты в приходских деревнях.
В советский период храм не был закрыт, что является редким случаем для того времени. В 1987 году здание храма было перестроено в камне и расширено, что позволило увеличить его вместимость и улучшить условия для проведения богослужений.
В октябре 2012 года храм святителя Николая Чудотворца был возведен в статус кафедрального собора Канашской епархии. С этого времени он стал центром епархиальной жизни, где проводятся основные богослужения и церковные мероприятия.
Архитектурно храм представляет собой каменное здание с традиционными элементами русского православного зодчества. Он имеет пятиглавую структуру и трехъярусную колокольню, увенчанную одной главой. Внутреннее убранство храма соответствует канонам православной архитектуры, с иконостасом и росписями, отражающими основные события христианской истории.