Le projet prévoyait la construction d'un bâtiment dans le « style yaroslavl » pouvant accueillir 400 personnes. La pose de la première pierre a eu lieu le 20 décembre 1936, et la construction du temple a été dirigée par le père M. Danilchik. La consécration, réalisée par l'archevêque Tikhon, a eu lieu le 19 décembre 1937. Lors de la consécration solennelle et de la première liturgie, de nombreux fidèles se sont rassemblés, et le temple était plein à craquer, certains se tenant même sur le parvis. Parmi les présents se trouvaient des représentants de l'émigration russe et des habitants d'autres villes du nord-ouest, comme Wilkeson, Everett et surtout Portland, ainsi que de nombreux Américains.

En 1962, le temple a obtenu le statut de cathédrale en raison de la création du vicariat de Seattle. Au fil des ans, la cathédrale Nikolaïevski est devenue le lieu de nombreux événements importants du diocèse, tels que des réunions du clergé et des congrès de jeunes. La cathédrale a été visitée par des Primats de l'Église orthodoxe russe hors frontières, les métropolites Lavr et Hilarion, ainsi que de nombreux hiérarques de l'Église russe. Aujourd'hui, la cathédrale de Seattle abrite une confrérie, une école paroissiale, une garderie et un fonds de bienfaisance.