La cathédrale a été transformée d'une ancienne mosquée turque en 1794 à la demande de la garnison de la forteresse d'Outchakov et des habitants orthodoxes de la ville. En 1906-1907, la cathédrale a de nouveau été reconstruite et a acquis un aspect entièrement chrétien. Elle peut accueillir jusqu'à 300 fidèles, et l'autel est dédié à Saint Nicolas le Thaumaturge. Le clocher est relié à l'église.

Parmi les attractions de la cathédrale se distinguent la croix et l'Évangile, créés grâce aux efforts des soldats ayant remporté la victoire sous le commandement du général A.V. Souvorov lors de la prise de Kimbourg le 1er octobre 1787. La cathédrale abrite également une croix en or, érigée en mémoire de l'assaut et de la prise d'Outchakov le 6 décembre 1788 par le prince Potemkine-Tavricheski. Cette croix, en tant qu'exemple, a été conservée pendant 100 ans au Quartier Général, puis a été transférée à la cathédrale fortifiée d'Outchakov par ordre de l'Empereur Alexandre III en l'honneur du centenaire de la prise d'Outchakov. La cathédrale possède également une grande icône de la Sainte Face, qui a été percée par un éclat d'obus le 4 octobre 1855, mais l'image est restée intacte. À l'endroit de la perforation, une image en bois de l'obus a été insérée. De plus, la cathédrale possède deux coupes en étain et une étoile de l'ancienne église grecque d'Outchakov.

Depuis sa consécration jusqu'en 1826, la cathédrale était sous la direction de l'autorité diocésaine, puis jusqu'en 1864, elle était sous la gestion du Grand Prêtre de l'Armée et de la Marine, après quoi elle est revenue à l'administration diocésaine et y est restée jusqu'en 1890, lorsqu'elle a été transférée à la gestion du Protopresbytre du clergé militaire et naval. À côté de la cathédrale se dresse un monument à A.V. Souvorov, inauguré en 1907, ainsi qu'une tombe commune des héros tombés lors de la prise de la forteresse d'Outchakov. Le personnel de la cathédrale comprend un prêtre et un psalmiste.

Sur les faces arrière de la croix et de l'Évangile sont gravées des inscriptions dédiées à la victoire des troupes russes à Kimbourg le 1er octobre 1787. Ces reliques se trouvaient initialement dans l'église de la Protection de Kimbourg, où Souvorov priait avant la bataille. Après la prise de Kimbourg le 4 octobre 1855 par les troupes anglo-françaises, elles ont été volées et emmenées à Constantinople, mais après la conclusion de la paix, elles ont été retournées à la cathédrale d'Odessa. En 1863, à la demande du Grand Prêtre de l'Armée et de la Marine, le Saint Synode a ordonné de transférer la croix et l'Évangile à la cathédrale fortifiée d'Outchakov.

Le supérieur de la cathédrale, le protopresbytre O. Gavriil Soudkovski, a fait preuve de courage lors de la défense de la batterie côtière d'Outchakov le 22 septembre 1854. Il est arrivé à la batterie avec la Sainte Croix et, sous le feu ennemi, a inspiré les artilleurs en les aidant à charger les canons. Pour cela, l'Empereur l'a récompensé d'une croix en or sur un ruban de Saint-Georges le 24 novembre 1854.