Нікольський собор є одним із найдавніших споруд, що відображають приклад культового зодчества середини 17 століття, що є яскравим прикладом архітектури, сформованої під сильним впливом школи зодчества Ярославля.

Є писемні джерела, які згадують, що спочатку Микільська церква була звичайнісінькою, але під кінець 17 століття вона стала соборною. В середині 1710 року на будівлю храму обрушився страшний пожежа, після чого лише в 1756 році була збудований кам'яний собор, урочисту церемонію освячення якого провів Юр'ївський і Суздальський митрополит Селиверст.

З боку півночі був побудований приділ Чудотворця і Святителя Митрофана Воронезького, що сталося в 1833 році завдяки матеріальній підтримці купця Корнілова Д. В.

До 1867 року будівля собору використовувалося в якості теплої церкви, оскільки саме в цьому році при соборі було проведено опалення, унаслідок чого необхідність наявності холодного храму майже повністю відпала.

Протягом наступних років будівля призначалася для розміщення полкової церкви, ризниці і невеликий бібліотеки. За підтримки заможних шуйських купців наприкінці 19 – початку 20 століть наявні шуйские храми були кардинально перебудовано відповідно кращим архітектурним традиціям того часу. Важливо сказати, що Нікольський собор, який скидався більше на старовинну російську хату, планувалося раптово знести. У планах передбачалося зведення нової церкви, яка йде по лівій стороні основного храму.

На сьогоднішній день збереглися записи протоієрея Дунаєва – настоятеля собору, які були зроблені під кінець 19 століття. Він писав, що стіни збудовані не суцільною кладкою, при цьому середина засипана бутом, після чого залита за допомогою вапняного розчину. Соборний іконостас належить до нового пристрою, а наявні в іконостасі ікони майже всі числяться не просто росіяни, а навіть візантійськими. Однією з найбільш шанованих ікон є старовинна ікона Святителя Миколая Чудотворця та, яка знаходиться по правій стороні від царських воріт. На сьогоднішній день при соборі немає ні однієї чудотворної ікони. Стінові поверхні покриті колером блакитного кольору, при цьому на них зовсім немає живопису, хоча деякі джерела кінця 19 століття оповідають про розпису не тільки стін, але і вівтаря. Якщо брати до уваги склепіння, то тут можна побачити деяку кількість мальовничих клейм, що належать до 1887 року.

Нікольський собор є одноголовим бесстолпным храмом, характеризується досить оригінальною композицією, яка відтворює тип дерев'яної клетській церкви з притаманним декоративним оформленням і в стилі класицизму. Основний обсяг маю форму прямокутника, витягнутого по осі, що проходить з півночі на південь. При соборі є тричастинний вівтар, а також до нього примикає досить протяжна трапезна кімната, яка становить з собором єдине архітектурне простір. Дві частини будівлі криті за допомогою двосхилим покрівлі, а вінчання головного об'єму зроблено за допомогою циліндричного барабанчика, оснащеного круглою банею. На всіх фасадах розташовуються прямокутні отвори, які відзначені трикутної форми та особливо великими сандриками, кріпляться на кронштейнах. Основний вхід в собор розташований з південного боку і прикрашений святковим портиком, що складається з широко розсунутих і здвоєних в центральній частині коринфських колон. По периметру собору в минулому перебували окремі поховання.

Під час правління радянської влади в будівлі храму знаходився міський архів, який проіснував досить тривалий час. На сьогоднішній день Нікольський собор є подвір'ям Свято-Миколо-Шартомского монастиря.