В 1890 году прихожане Никольского Сретенского собора обратились к властям с просьбой о возведении новой церкви. В апреле того же года Великоустюжское Духовное Правление дало разрешение на строительство, подкрепленное планом и проектом здания, предоставленным Вологодским Губернским Строительным отделением. С момента обращения до начала строительства прошло полгода, и наконец, 30 июня 1891 года, священник Александр Замараев сообщил, что Господь благословил с должной торжественностью и по церковному обряду заложить основание этого Святого Храма, что стало радостью для города и утешением для всего прихода. Уже через три месяца состоялась закладка престолов. Городской голова Е. Рыжов издал распоряжение, в котором Никольское Церковно-Приходское попечительство просило всех торговцев города Никольска закрыть свои заведения во время Божественной Литургии и крестного хода, который должен был состояться 29 сентября, в воскресенье, по случаю торжества с закладкой престолов в новой церкви.

Казанская церковь представляет собой крестово-купольный храм высотой около тридцати метров с большой колокольней, выполненный в византийском стиле. Величественный купол диаметром десять метров увенчан трехметровым крестом, а колокольня имеет высокий шпиль с крестом. Крыша покрыта по закомарам, что подчеркивает красоту конструкции, сочетая вертикали и полукружия арок. Декор храма строгий и выразительный. С северной и южной сторон расположены два высоких каменных крыльца с двускатной крышей. Храм напоминает древние русские сооружения, такие как Киевская София, и одновременно несет в себе черты русской архитектуры XIX века. Он необычен для северной традиции и уникален для Вологодской губернии.