Заложен в городе-крепости по указу Императора Николая II в 1903 в честь 200-летия Российского флота и освящен в Высочайшем присутствии в 1913.
Храм трехпрестольный:
- главный престол – Свт. Николая Чудотворца (престольный праздник 19 декабря), освящен 10 июня 1913;
- придел св. первоверх. апп. Петра и Павла (12 июля) освящен 14 сентября 1909;
- второй придел – во имя прп. Иоанна Рыльского (1 ноября) – освящен в июне 1920.
В 1929 закрыт. Ныне при храме создана община, руководство ВМС России и Санкт-Петербургская митрополия заключили соглашение о передаче собора Церкви. В 2004 восстановлен крест; с 2005 совершаются богослужения. Памятник всемирного наследия ЮНЕСКО, охраняется государством.
19 апреля 2012 года Святейший Патриарх Московский и всея Руси Кирилл
совершил чин малого освящения собора.
28 мая 2013 года Святейший Патриарх Кирилл и Блаженнейший Патриарх Иерусалимский Феофил III
совершили чин великого освящения собора.