La cathédrale de Nicolas le Miracleux est plus ancienne que la ville elle-même, ayant été construite en 1766, tandis que Mychkine a obtenu son statut de ville seulement en 1777. À partir de ce moment, la cathédrale de Nicolas est devenue l'église de la ville. Il est étonnant qu'un si grand bâtiment en pierre soit apparu dans un petit village qui n'avait pas encore le statut de ville, et ce, en seulement trois ans.

L'histoire de la construction de la cathédrale est très intéressante. Alexandre Petrovitch Berezin, marchand de première guilde et maire de Saint-Pétersbourg, est né dans une famille paysanne dans le village d'Eremeitsevo, près de Mychkine. Son père était si pauvre qu'il a dû mettre en gage une icône de Saint Nicolas le Miracleux dans une taverne locale. Plus de vingt-cinq ans plus tard, devenu riche, Alexandre a racheté l'icône et considérait comme un miracle qu'elle ait été préservée. En mémoire de cela, Berezin a construit à Mychkine une église à ses frais. Il s'est activement engagé dans la charité et a construit trois églises : en plus de celle de Mychkine, il s'agissait de l'église de l'Ascension à Krouglitsy (aujourd'hui Okhotino) et d'un temple à Saint-Pétersbourg.

La cathédrale de Nicolas a été construite entre 1766 et 1769, bien qu'il existe des données indiquant qu'en 1764, elle était déjà un temple paroissial avec des autels en l'honneur des princes Boris et Gleb et d'Alexandre Nevski. L'architecte du bâtiment est inconnu, mais il existe une version selon laquelle le projet aurait pu être élaboré par P.Ya. Pankov.

La cathédrale est réalisée dans un style classique. L'espace principal du bâtiment est un cube parfait. Du côté ouest, une grande salle à manger y est adjointe, à côté de laquelle se tenait autrefois une imposante cloche. Le bâtiment est orné d'un large tambour lumineux avec de grandes fenêtres arrondies, richement décoré de stuc et surmonté d'un dôme avec une petite coupole en oignon. Les façades sont ornées de pilastres dorique et d'archivoltes, tandis que les fenêtres sont dotées de modestes arcs symétriques. Du côté nord et sud, les façades sont embellies de colonnes avec des frontons triangulaires.

Au XIXe siècle, une chapelle de style en tente a été construite devant le temple, financée par des marchands locaux après le sauvetage miraculeux de l'empereur Alexandre III lors d'un accident de train. Cependant, la chapelle n'a pas survécu jusqu'à nos jours : elle a été détruite pendant l'époque soviétique, et à sa place, un monument à Lénine a été érigé.

L'intérieur du temple a été créé en 1777. Le peintre Trofim Kashintsev et les sculpteurs Korolevs, des gens de cour des propriétaires terriens Kozhins, ont réalisé un magnifique iconostase. De nombreuses icônes rares ont été perdues pendant la période de persécution de l'Église.

Dans les années 1830, après la construction de la nouvelle cathédrale de l'Assomption, la cathédrale de Nicolas a été considérablement reconstruite : des portiques avec des colonnes sont apparus sur les murs sud et nord, et le dôme a été modifié. Dans les années 1860, la cloche a été complètement reconstruite, mais elle a ensuite été détruite.

Le sort de la cathédrale de Nicolas pendant l'époque soviétique a été tragique. Dans les années 1930, le bâtiment a été remis aux autorités culturelles locales, et la cloche a été démontée. En 1934, la cathédrale a été réaménagée en établissement culturel, et le 6 novembre de la même année, l'anniversaire de la Révolution d'Octobre y a été célébré. En raison de la précipitation, deux fragments de sculpture de l'iconostase n'ont pas pu être enlevés de la scène. La dernière discothèque dans ce bâtiment a eu lieu le 18 avril 2003.

Le 2 mai 2003, la cathédrale a été restituée à l'Église orthodoxe russe. L'été de la même année, il a été découvert que la partie saillante de la scène avait été faite à partir d'icônes de l'iconostase. Deux panneaux latéraux ont également été conservés, dont l'un a gardé pendant 96 ans l'icône du Sauveur « avec la couronne d'épines... ». Le 27 mars 2004, une plaque de fondation, installée le 1er septembre 1835, a été trouvée dans la cathédrale. Depuis 2004, des services ont repris dans la cathédrale de Nicolas.

Des travaux de restauration à grande échelle ont été réalisés dans la cathédrale. En 2010, le patriarche de Moscou Kirill a visité le temple dans le cadre d'un voyage dans l'éparchie de Yaroslavl à l'occasion du millénaire de Yaroslavl. Il a souhaité l'aide de Dieu à tous ceux qui participent à la restauration de la cathédrale et a offert à l'église une icône du saint prédicateur Jonas de Kiev. Aujourd'hui, l'église de Nicolas à Mychkine est en activité, mais ses intérieurs ont encore besoin de restauration.