Un gran templo de ladrillo en estilo clasicista fue construido en el lugar de la catedral de piedra, erigida entre 1672 y 1681. Su construcción comenzó en 1810, la sacristía se completó en 1837 y el templo principal, en 1841. En la sacristía se encontraban los altares de San Atanasio de Alejandría y de Santa Parasceva, mientras que los altares laterales del templo principal estaban dedicados a Esteban y a la Madre de Dios de las Cuevas.

El volumen principal del edificio consistía en un cuadrado con una gran rotonda, sacristía y altares laterales, rematados con pequeñas cúpulas. Un campanario de varios niveles, de estilo ecléctico, fue construido entre 1865 y 1875. En la catedral se guardaba la imagen milagrosa de San Nicolás, tallada en madera y manifestada en 1415. El templo estaba situado en la cima de la montaña de la Catedral (en el siglo XVII conocida como la montaña de Samorod) en la confluencia del río Mtsna con el Zusha.

La "Casa de San Nicolás" en Mtsensk fue uno de los templos más antiguos de la región de Orel y, probablemente, ya existía en el siglo XII. Las primeras menciones documentales sobre él datan de 1625. La catedral de madera se encontraba en el centro del kremlin de Mtsensk, conocido como la Ciudad de Madera. En el kremlin también se encontraba la iglesia de madera de Santa Parasceva. En 1672, comenzó la construcción de la catedral de piedra con campanario en el lugar del antiguo templo de madera deteriorado, que continuó hasta 1681. En 1689, aquí fue enterrado el constructor del templo. En 1757, la catedral sufrió graves daños por un incendio, y también se quemaron los restos de la fortaleza de madera y la iglesia de Santa Parasceva, que luego se reconstruyó en otro lugar. Ese mismo año se desmantelaron la antigua sacristía y el campanario, y comenzó la construcción de nuevos. Para 1773, se construyó una sacristía más amplia con un altar en nombre de San Atanasio de Alejandría y un alto campanario en estilo barroco.

A principios del siglo XIX, la antigua catedral se había deteriorado y se volvió pequeña para los feligreses. Se encargó un nuevo proyecto al arquitecto Abraham Ivanovich Melnikov. La nueva catedral se inició en 1810 en el terreno entre la antigua catedral y el lugar donde estaba la iglesia de Parasceva. En 1837 se completó la sacristía caliente con dos altares: el de San Atanasio de Alejandría y el de Santa Parasceva. La antigua catedral fue desmantelada, dejando solo el campanario, y el nuevo templo se amplió con los altares, completándose en 1841. En 1844-1845, la catedral fue decorada por los artistas Tikhon y Nikolai Bogdanov. En 1859, el territorio fue rodeado por una cerca de piedra. En 1865, comenzó la construcción de un nuevo campanario, que se completó diez años después.

La campana más grande pesaba 718 puds y fue fundida en la fábrica de Smagin en Moscú. En el campanario también colgaba una antigua campana de aviso con la inscripción: "7188 (1680) de febrero en el segundo día, la campana de aviso del Gran Soberano en Mtsensk".

La principal reliquia de la catedral era la imagen milagrosa de San Nicolás, a la que acudían anualmente cientos de miles de peregrinos. Según la tradición, la imagen llegó a Mtsensk en 1415 sobre una piedra en forma de cruz contra la corriente del río Zusha. La catedral atraía la atención de los viajeros, entre los que se encontraban el príncipe I.M. Dolgorukov y el filólogo I.I. Sreznevsky. N.S. Leskov menciona en su obra que su héroe Levsha fue a rendir homenaje a la imagen milagrosa antes de un trabajo importante.

El templo fue volado en la década de 1930, y los restos de sus paredes permanecieron hasta principios de la década de 1960. En 1996, con motivo del 850 aniversario de Mtsensk, se construyó en su lugar una capilla de ladrillo.