На месте современного Никольского собора в 1565 году находилась деревянная церковь Николы Боровского. В конце XVII века её заменили каменной двухпрестольной Николо-Низской церковью с приделом в честь Рождества Христова. Храм был выстроен как бесстолпный одноглавый.
В период с 1696 по 1703 год возвели зимнюю Покровскую церковь, представляющую собой пятистолпный трехапсидный храм. В 1720-е годы к ней пристроили пятиярусную колокольню. Покровский храм изначально имел пятиглавое завершение, что подтверждается снимком 1878 года.
Во второй половине XVIII века Николо-Низская церковь пришла в ветхость. В 1883 году её разобрали, а к 1885 году выстроили новый храм на средства казанских благотворителей: Павла Щетинкина, Василия Заусайлова, Александра Свешникова и Григория Горинова. Строительство велось под руководством священника Николая Варушкина.
В 1892 году обновили Покровскую церковь. В 1893 году к северу от неё возвели пятиглавую часовню во имя св. Иоанна Воина по проекту архитектора Р.Г. Руша.
В 1930 году храм закрыли. В 1946 году, при архиепископе Гермогене (Кожине), его вернули верующим и присвоили статус кафедрального собора Казанской епархии. В этом качестве он пребывал до 2021 года.
Архитектурный комплекс включает Николо-Низскую церковь в эклектичном стиле (1885), Покровскую церковь в стиле русского барокко (1703) с пятиглавым завершением, колокольню (1720-1730-е) и часовню (1893). Николо-Низская церковь представляет собой бесстолпный одноглавый одноапсидный храм с симметричной объёмной композицией.
