В 1913 году Российская империя отмечала 300-летие династии Романовых, и празднования охватили Екатеринослав. Владельцы Брянского завода, крупнейшего металлургического предприятия города, решили построить собор в честь святого Николая Мирликийского, покровителя императора Николая II, чтобы подчеркнуть значимость завода. Архитекторы Георгий Туровец и Евстафий Константинович разработали проект Николаевского собора, известного как «Брянская церковь». Первоначально его планировали возвести в центре города, но позже решили построить ближе к заводу. Закладка храма состоялась 21 февраля 1913 года, строительство длилось 28 месяцев, и собор был освящен 17 мая 1915 года.

Собор стал одним из самых красивых зданий Екатеринослава начала XX века. Люди со всего города приезжали, чтобы увидеть его. Архитектура собора сочетала разные стили: барочные формы, неоклассический декор и православные купола. На колокольне были установлены часы. Туровец отвечал за внешний вид, а Константинович, за интерьер и иконостас. Уникальный иконостас длиной 18 и высотой 7 метров был настолько впечатляющим, что его изображение попало в «Ежегодник Императорского общества архитекторов и художников» за 1914 год. Украинский художник Иван Ижакевич расписал стены храма. Собор мог соперничать с главными храмами города по размеру и великолепию.

Несмотря на свою красоту, храм выглядел необычно на фоне низких зданий и заводских труб. Однако владельцы завода стремились продемонстрировать престиж предприятия перед императором. В феврале 1929 года собор закрыли. Он пережил времена религиозных гонений и сохранился до наших дней. До войны в здании размещались выставка продукции завода, Дом пионеров и детская спортивная школа. С 1941 по 1961 год собор вновь использовали для богослужений, но затем его передали властям, и здание пришло в упадок.

В 1979 году благодаря усилиям энтузиастов собор внесли в реестр охраняемых памятников архитектуры. После реставрации его преобразовали в Дом органной и камерной музыки. В 1986 году завершились реставрационные работы, и в здании установили 12-тонный орган фирмы «W. Sauer». В 1987 году состоялся первый концерт. По вопросу передачи здания церкви прошло 21 судебное заседание. В 2006 году представители органной фирмы оценили перенос инструмента в 163 тысячи евро.

В марте 2011 года здание перешло в собственность православной общины, которая обязалась поддерживать функционирование Дома органной музыки. Митрополит Ириней заверил, что орган останется в храме до постройки нового здания для него. С 14 марта 2013 года в подвальном помещении храма проходят регулярные богослужения.