Im vierten Band der "Historisch-statistischen Informationen über die Sankt Petersburger Diözese", veröffentlicht im Jahr 1875, wird angegeben, dass die Kirche der heiligen Apostel Peter und Paul im Jahr 1785 erbaut wurde. Dieses Datum wird auch von späteren Forschern wiederholt. Allerdings belegen Archivdokumente aus dem CGIA St. Petersburg, dass der Bau einer neuen Peter-und-Paul-Kirche in Serdobol 1794 begann, aufgrund der ungünstigen Lage der Kirche des heiligen Nikolaus. Die Weihe der hölzernen Peter-und-Paul-Kirche fand 1799 statt. Auf der Karte von Serdobol aus den Jahren 1788-1790 ist keine orthodoxe Kirche verzeichnet.

Der Antrag zum Bau einer neuen Kirche wurde 1794 eingereicht, und am 16. Oktober desselben Jahres erteilte der Metropolit von Sankt Petersburg, Gabriel, die Baugenehmigung. Der Bau verlief langsam, und die Kirche wurde erst am 30. Juli 1799 geweiht. Bis 1825 war das Gebäude baufällig, und es begann eine Korrespondenz über die Finanzierung der Reparatur. Auf Anordnung von Kaiser Nikolaus I. vom 30. Mai 1830 übernahm die Kommission für geistliche Schulen die Kosten für die Reparatur, und 1839 wurde die Kirche renoviert.

Laut der Beschreibung im ISS hatte die Kirche die Form eines Kreuzes mit einer flachen Decke, ohne Kuppel und Verzierungen. Das Dach war aus Brettern und hatte zwei Gefälle, darauf befanden sich zwei mit Eisen bedeckte Türme mit hölzernen Kreuzen. Die Fenster waren länglich mit eisernen Gittern. Die Innenwände waren hellblau gestrichen, der Boden gelb. Der Ikonostase hatte drei Ebenen. Der Glockenturm war achteckig. Diese Kirche ersetzte die alte Nikolauskirche, die sich auf einer Insel zwei Werst vom Stadtzentrum befand. 1839 wurde der Tempel renoviert.

Bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts war das Gebäude erneut baufällig, und bis 1863 begann es zu zerfallen. Die alte Holzkirche wurde 1877 abgerissen, und der Ikonostase wurde bis 1891 aufbewahrt, als er in der umgebauten Nikolauskirche auf der Insel Riekkalansaari installiert wurde. An der Stelle der abgerissenen Kirche blieb bis 1892 ein Brachland.

Im Sommer 1857 besuchte der Generalgouverneur von Finnland, F.F. Berg, Serdobol und wandte sich an den Heiligen Synod mit der Bitte um Mittel für den Bau eines neuen Tempels. 1861 wurde das Projekt dem Architekten G.I. Karpov anvertraut. 1866 wurde das Projekt abgeschlossen, aber das Ministerium für Verkehr verlangte eine Änderung der Fassade. Ein neuer Entwurf wurde vom Architekten K.E. Lazarev erstellt. 1869 wurde das Projekt genehmigt, und die Brüder Eliseev begannen mit dem Bau der Steinkirche. Der Architekt N.P. Grebjonka überwachte den Bau. 1870 wurde der Platz für den Tempel geweiht, und bis September 1871 war die Kirche fast fertig. Die Weihe der Altäre fand 1872 und 1873 statt. Für den Bau wurden die Brüder Eliseev mit Orden ausgezeichnet.

Die Kirche hatte die Form eines Kreuzes mit einer Kuppel auf einer achteckigen Trommel, einem Altarraum und einem Glockenturm. Die Architektur der Kirche gehörte zur Eklektik der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Die Ikonostasen wurden nach Zeichnungen von Grebjonka angefertigt. Ursprünglich gab es im Glockenturm sieben Glocken. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde Strom in die Kirche gelegt, und rundherum wurde ein Zaun gepflanzt. 1913 wurde die Kirche zur Kathedrale. Während des sowjetisch-finnischen Krieges blieb die Kathedrale unbeschädigt, wurde jedoch 1940 geschlossen. 1943 wurde die Kathedrale erneut geweiht.

Nach dem Krieg wurde der Hauptaltar im Namen des heiligen Nikolaus des Wundertäters geweiht. 1946 wurde der Tempel eröffnet, und eine Glocke wurde aus der Kirche von Olonets übergeben. 1963 wurde das Glockenläuten verboten, aber 1986 wurde es wieder aufgenommen.

Heute ist die Nikolauskirche der Haupttempel der orthodoxen Gemeinde von Sortavala. Im Jahr 2001 besuchte Patriarch Alexius II. Sortavala und hielt einen Gottesdienst in der Nikolauskirche ab. 2002 weihte Erzbischof Manuel den renovierten Altar. 2011 wurden die Figuren der Cherubim unter der Hauptkuppel restauriert.