Первоначально, в 1824 году, на средства прихожан и сторонних жертвователей был возведен каменный трехпрестольный храм, освященный по благословению архиепископа Тобольского и Сибирского Амвросия. Главный престол был посвящен святителю Николаю Чудотворцу, правый придел — Богоявлению Господню, левый — Казанской иконе Божией Матери. В 1874 году к храму были пристроены северный и южный пределы, основные средства на которые предоставили местные купцы.
Архитектурно собор представлял собой здание корабельного типа с двумя пределами, выступающим арочным порталом и шатровой восьмигранной колокольней. Храмовую часть венчали пять глав на восьмигранных барабанах. Архитектура собора сочетала элементы нескольких стилистических эпох, включая барокко, что проявлялось в формах центрального купола и глав.
В 1937 году собор был закрыт и впоследствии разрушен. На его месте было построено здание управления Сиблага, позднее переданное лесотехникуму, а затем преобразованное в районную поликлинику.
В начале 1980-х годов, усилиями местных верующих, в Мариинске был воссоздан небольшой деревянный храм во имя святителя Николая, расположенный по адресу Луговая улица, 35. В 1982 году этот храм был освящен архиепископом Гедеоном. В мае 2000 года было принято решение о строительстве нового каменного храма вокруг существующей деревянной церкви. Строительство началось в том же году, и 9 апреля 2002 года на куполе был установлен крест. Первое богослужение в новом храме состоялось 14 октября 2002 года, а 22 мая 2007 года храм был освящен епископом Кемеровским и Новокузнецким Аристархом.
Решением Священного Синода от 26 июля 2012 года была образована Мариинская епархия, и Свято-Никольский собор в Мариинске был определен в качестве кафедрального собора епархии.