В четвертом выпуске «Историко-Статистических сведений о С.Петербургской епархии», изданном в 1875 году, указано, что церковь святых апостолов Петра и Павла была построена в 1785 году. Эту дату повторяют и позднейшие исследователи. Однако архивные документы из ЦГИА СПб свидетельствуют о том, что строительство новой церкви Петра и Павла в Сердоболе началось в 1794 году из-за неудобного расположения церкви Николая Чудотворца. Освящение деревянной Петропавловской церкви состоялось в 1799 году. На карте Сердоболя 1788-1790 годов православная церковь отсутствует.

Прошение о строительстве новой церкви было отправлено в 1794 году, и 16 октября того же года митрополит Санкт-Петербургский Гавриил выдал разрешение на строительство. Строительство шло медленно, и церковь была освящена лишь 30 июля 1799 года. К 1825 году здание обветшало, и началась переписка о финансировании ремонта. По указу императора Николая I от 30 мая 1830 года, ремонт оплатил Комиссия духовных училищ, и в 1839 году церковь была отремонтирована.

Согласно описанию в ИСС, церковь имела форму креста с ровным потолком, без купола и украшений. Дощатая кровля была устроена в два ската, на ней находились две главы, покрытые железом, с деревянными крестами. Окна были продолговатыми с железными решетками. Внутренние стены были выкрашены светло-синей краской, пол, желтой. Иконостас имел три яруса. Колокольня была восьмигранной. Этот храм заменил старую Никольскую церковь, находившуюся на острове в двух верстах от города. В 1839 году храм был отремонтирован.

К середине XIX века здание вновь обветшало, и к 1863 году стало разрушаться. Старая деревянная церковь была разобрана в 1877 году, а иконостас хранился до 1891 года, когда его установили в перестроенной церкви святого Николая на острове Риеккалансаари. На месте разобранной церкви до 1892 года оставался пустырь.

Летом 1857 года Сердоболь посетил генерал-губернатор Финляндии Ф.Ф. Берг, который обратился в Святейший Синод с просьбой о средствах на строительство нового храма. В 1861 году проектирование поручили архитектору Г.И. Карпову. В 1866 году проект был завершен, но Министерство Путей сообщения потребовало изменить фасад. Новый проект составил архитектор К.Е. Лазарев. В 1869 году проект был утвержден, и братья Елисеевы взялись за строительство каменной церкви. Архитектор Н.П. Гребёнка наблюдал за строительством. В 1870 году место под храм было освящено, и к сентябрю 1871 года церковь была почти готова. Освящение приделов состоялось в 1872 и 1873 годах. За строительство братья Елисеевы были награждены орденами.

Церковь имела форму креста с куполом на восьмигранном барабане, алтарной апсидой и колокольней. Архитектура церкви относилась к эклектике второй половины XIX века. Иконостасы были выполнены по рисункам Гребёнки. Первоначально на колокольне было семь колоколов. В начале XX века в церкви провели электричество, а вокруг высадили изгородь. В 1913 году церковь стала кафедральным собором. Во время Советско-финской войны собор не пострадал, но был закрыт в 1940 году. В 1943 году собор был вновь освящен.

После войны главный престол освятили во имя святителя Николая Чудотворца. В 1946 году храм был открыт, и один колокол передали из Олонецкой церкви. В 1963 году колокольный звон был запрещен, но в 1986 году его возобновили.

Сейчас Никольская церковь является главным храмом Сортавальского православного прихода. В 2001 году Патриарх Алексий II посетил Сортавалу и совершил молебен в Никольском храме. В 2002 году архиепископ Мануил освятил обновленный алтарь. В 2011 году были восстановлены фигуры херувимов под главным куполом.