Die Kathedrale wurde 1794 auf Wunsch der Garnison der Festung Otschakow und der orthodoxen Einwohner der Stadt aus einer alten türkischen Moschee umgebaut. In den Jahren 1906-1907 wurde die Kathedrale erneut umgebaut und erhielt ein vollständig christliches Aussehen. Sie bietet Platz für bis zu 300 Gläubige, und der Altar ist dem Heiligen Nikolaus gewidmet. Der Glockenturm ist mit der Kirche verbunden.

Zu den Sehenswürdigkeiten der Kathedrale gehören das Kreuz und das Evangelium, die von Soldaten geschaffen wurden, die am 1. Oktober 1787 unter dem Kommando des Feldherrn A.V. Suworow den Sieg bei der Einnahme von Kynburg errangen. In der Kathedrale wird auch ein goldenes Kreuz aufbewahrt, das zur Erinnerung an den Sturm und die Einnahme von Otschakow am 6. Dezember 1788 durch Fürst Potemkin-Taurien errichtet wurde. Dieses Kreuz wurde 100 Jahre lang im Hauptquartier aufbewahrt und dann auf Befehl von Kaiser Alexander III. an die Festungskathedrale von Otschakow zum hundertjährigen Jubiläum der Einnahme von Otschakow übergeben. In der Kathedrale befindet sich auch ein großes Altarbild des Heilands, das am 4. Oktober 1855 durch einen Bombensplitter beschädigt wurde, aber das Bild blieb unberührt. An der Stelle des Einschlags wurde ein hölzernes Bild einer Bombe eingesetzt. Darüber hinaus gibt es in der Kathedrale zwei Zinnkelche und einen Stern von der ehemaligen griechischen Kirche in Otschakow.

Von der Weihe der Kathedrale bis 1826 stand sie unter der Aufsicht der Diözesanbehörde, dann bis 1864 unter der Verwaltung des Oberpriesters der Armee und Marine, bevor sie wieder in die Diözesanbehörde überging und dort bis 1890 blieb, als sie in die Obhut des Protopresbyters des Militär- und Marinegeistlichen übergeben wurde. Neben der Kathedrale steht ein Denkmal für A.V. Suworow, das 1907 eingeweiht wurde, sowie ein Massengrab für die Helden, die bei der Einnahme der Festung Otschakow gefallen sind. Im Personal der Kathedrale dienen ein Priester und ein Psalmodiker.

Auf den Rückseiten des Kreuzes und des Evangeliums sind Inschriften eingraviert, die dem Sieg der russischen Truppen bei Kynburg am 1. Oktober 1787 gewidmet sind. Diese Reliquien befanden sich ursprünglich in der Kynburger Schutzengelkirche, wo Suworow vor der Schlacht betete. Nach der Einnahme von Kynburg am 4. Oktober 1855 durch die anglo-französischen Truppen wurden sie gestohlen und nach Konstantinopel gebracht, aber nach dem Frieden wurden sie in die Kathedrale von Odessa zurückgebracht. 1863 ordnete der Heilige Synod auf Antrag des Oberpriesters der Armee und Marine an, das Kreuz und das Evangelium an die Festungskathedrale von Otschakow zu übergeben.

Der Pfarrer der Kathedrale, Protopriester O. Gabriel Sudkowski, zeigte Mut bei der Verteidigung der Küstenbatterie von Otschakow am 22. September 1854. Er kam mit dem Heiligen Kreuz zur Batterie und inspirierte unter feindlichem Beschuss die Artilleristen, indem er half, die Geschütze zu laden. Dafür wurde er am 24. November 1854 vom Kaiser mit dem goldenen Kreuz an der Georgsband ausgezeichnet.