El parroquia fue fundada en 1894 en Nueva York, en un local alquilado en 323 2nd Ave. Con el tiempo, surgió la necesidad de un lugar más amplio para los fieles. En 1899 se adquirió un terreno en la 97ª calle entre la Quinta y la Avenida Madison, y en 1901 comenzaron las obras de construcción del templo. El templo fue erigido gracias a las donaciones de los feligreses locales y de rusos de Rusia, incluyendo la contribución personal del emperador Nicolás II. En 1902 se llevó a cabo la gran consagración, presidida por el obispo Aleutiano y de Alaska, Tikhon (Bellavin), quien se convirtió en patriarca en 1917.

En 1904, al templo se le otorgó el estatus de catedral. En 1905, la sede americana de la Iglesia Ortodoxa Rusa fue trasladada de San Francisco a Nueva York, y la residencia del obispo se estableció en la catedral. Después de la revolución de octubre, en 1924, el templo quedó bajo el control de los "renovadores", una secta modernista ortodoxa apoyada por el poder soviético. Para asegurarse financieramente, incluyendo el pago de procesos judiciales, vendieron propiedades de la parroquia. Para 1945, el templo pasó a la jurisdicción del Patriarcado de Moscú. Sin embargo, las disputas en los tribunales estadounidenses sobre la propiedad del templo continuaron entre el Patriarcado de Moscú y la Metropolitana de América del Norte, a la que pertenecía el templo antes de ser tomado por los renovadores. La cuestión se resolvió finalmente en 1970, cuando la Iglesia Ortodoxa Rusa del Patriarcado de Moscú otorgó la autocefalia a la Metropolitana de América del Norte, y por el "tomos" el patriarcado obtuvo plenos derechos sobre la Catedral de San Nicolás.

En 1973, el templo fue reconocido como un monumento arquitectónico de Nueva York. Entre 2000 y 2003, con el apoyo del gobierno ruso, se llevó a cabo una restauración y se renovó la pintura. En el templo continúan los servicios en eslavo e inglés, hay una escuela parroquial y una organización juvenil.