Строительство собора осуществлялось по проекту военного инженера Вацлава Игнатьевича Жигалковского, находящегося в Никольске в служебной командировке, на строительстве военного госпиталя.
Место для храма выбрал начальник Южно-Уссурийской округи А.В. Суханов — на небольшой возвышенности, образованной улицами Унтенбергеской, Занадворовской, Хабаровской и Карсаковской (ныне это улицы Некрасова, Ленина, Чичерина и Тимирязева).
Строительство собора велось с 1984 по 1900 годы исключительно на добровльные пожертвования сельчан.
14 января 1901 года епископ Евсей, управляющий Владивостокской Епархией, освятил собор и провел церковное богослужение.
Открытый Градо-Николаевский Собор был выстроен в русском стиле, в традициях московско-ярославского зодчества середины XVII века. Собор был рассчитан на две тысячи молящихся. При Соборе действовала начальная школа. Современники отмечали Градо-Николаевский Собор выдающимся архитектурным сооружением всего Приамурья.
После выхода в 1932 году решения Политбюро ЦК РКП(б) об уничтожении культовых сооружений этот замечательный памятник был снесен. Из всего комплекса зданий уцелело и существует по сей день одноэтажное строение, где находится бюро пропусков штаба армии.
На месте разрушенного храма в середине 30-х годов XX века началось строительство здания городского Дома Советов.