Первый каменный пятиглавый холодный собор, посвященный Николаю Чудотворцу, строился более 40 лет на средства московского гражданина Герасима Яковлевича Обухова и его жены Ирины, проживавших в купеческой Кадашевской слободе. Строительство завершилось в 1721 году, а позже благотворители были похоронены в приделе под северо-западной стеной собора.

В период с 1999 по 2003 годы на месте старого собора, разрушенного в 1937 году, был построен новый храм благодаря поддержке благотворителя Виктора Ивановича Тырышкина. Руководил строительством Вячеслав Ижиков, который разработал проект этого уникального сооружения. Новый златоглавый Никольский собор стал архитектурным украшением Переславля-Залесского, не повторяя архитектуру своего предшественника. Высота нового храма составляет 40 метров, и он способен вместить до 1000 человек. Над центральным порталом собора расположена мозаичная икона Святителя Николая, выполненная из смальты мастером Е.Н. Ключаревым.

30 октября 2001 года произошло важное событие: на строящийся Никольский собор были установлены купола и освящен центральный крест. 1 октября 2005 года, по благословению Святейшего Патриарха Московского и всея Руси Алексия Второго, состоялось торжественное освящение собора. Главный престол посвящен святителю Николаю, правый боковой, преподобному Димитрию Прилуцкому, а левый, мученику Виктору, небесному покровителю строителя собора. В старом соборе также был придел в честь преподобного Герасима, покровителя Герасима Обухова.

В 2006 году начались работы по росписи собора. К Пасхе 2007 года завершились росписи придела преподобного Димитрия, выполненные Александром Деркачевым в стиле древнерусской московской живописи 14-15 веков. Придел мученика Виктора оформлен в византийской традиции Самсоном Марзоевым, который использовал ранневизантийские мотивы и имитацию различных пород мрамора. Под руководством С. Морозова были выполнены росписи алтаря Никольского собора. У южной стены собора находится рака с мощами святого князя Андрея Смоленского, чудотворца Переславского, жившего в 14 веке.