Au début du XIXe siècle, la première église en bois dédiée à saint Nicolas le Thaumaturge a été construite à Zabalki. Elle se trouvait au point le plus élevé de la région et servait initialement d'hôpital militaire maritime. En 1819, l'église a été transférée à l'autorité épiscopale et est devenue paroissiale.

Selon la légende, en 1780, le prince G.A. Potemkine a offert à l'ancienne église de l'hôpital une icône de saint Nicolas le Thaumaturge, ce qui a déterminé le nom du temple. En 1842, une église en pierre de saint Nicolas le Thaumaturge a été construite au centre de la nouvelle place du marché dans le style classique. Elle était ornée de portiques à quatre colonnes à l'est et à l'ouest, surmontée d'un haut dôme sur un tambour octogonal et d'un clocher à deux niveaux. L'église a été consacrée le 9 mai 1842. Pendant la guerre de Crimée de 1853-1856, des services funèbres pour les défenseurs de Sébastopol décédés dans les hôpitaux de Kherson y ont été célébrés.

Jusqu'en 1917, une école primaire pour les enfants des couches « inférieures » de la société fonctionnait près de l'église. Dans les premières années après la révolution, l'église de saint Nicolas est devenue la première église rénovatrice à Kherson, mais ce mouvement n'a pas duré longtemps.

Dans les années 1920, le temple a été pillé, toutes les valeurs ecclésiastiques ont été confisquées. À la fin de 1929, les cloches ont été enlevées, seules les petites cloches qui restaient dans le vestibule ont survécu. En 1932, l'église a été fermée et utilisée comme entrepôt de céréales, ateliers et garage pour tracteurs jusqu'en 1941.

En 1941, le temple a été rouvert et les services religieux ont repris. Des dons ont été collectés et des artistes locaux ont restauré l'iconostase. La même année, l'artiste Babenko a créé l'icône de la Résurrection du Christ, le Suaire de la Mère de Dieu et la Crucifixion du Seigneur. De 1949 à 1954, les deux chapelles ont été restaurées. La sœur Euphalia du monastère féminin de l'Annonciation de Kherson a peint les icônes des chapelles latérales, tandis que la sœur Constantin a créé les icônes de la Mère de Dieu de Théodorov et de Kaspérov. Zinovia Osadcheva a peint l'icône de la Mère de Dieu « Soudain Écouteuse », qui est devenue la principale relique de la cathédrale maritime de Nicolas.

En mai 2007, à l'occasion du 165e anniversaire de sa consécration, l'église de Nicolas a reçu le statut de cathédrale maritime. Pour cet événement, l'archevêque de Kherson et de Tavrida Jean a offert à la cathédrale une parcelle des reliques de saint Nicolas le Thaumaturge. En 2009, le clocher a été restauré et le dôme a été recouvert de fer damassé doré.

Le 22 mai 2015, l'archevêque Jean a consacré le monument à saint Nicolas de Myre, érigé dans l'enceinte de la cathédrale.