Местом для строительства храма была избрана юго-западная окраина города, где располагались казармы лейб-гвардии флотского экипажа – элитной части российского флота. Там же, между Фонтанкой и Мойкой, жили чиновники морского ведомства.
Это территория Казанского острова. Казанский или Конюшенный остров возник из части территории Адмиралтейского острова после прокладки Крюкова канала на юго-западе и Екатерининского (ныне Грибоедова) на юге и востоке. До постройки Никольского собора на этой территории острова находился плац Морского полкового двора. Прилегающая к этой площади местность была застроена одноэтажными казармами военно-морского ведомства. Кстати, память о старинном поселении канониров (кононеров), то есть морских пушкарей, сохранилась в названии Канонерской улицы.
Первый проект собора Савва Иванович представил в мае 1752 года. Первоначально он планировался значительно меньше нынешнего, но частые наводнения заставили внести изменения. Чтобы собор не страдал от стихийных бедствий, было решено поднять собор настолько, чтобы во время наводнений пол не покрывался водой. Это заставило изменить и размеры здания, чтобы соблюсти симметрию, и пропорции. Савва Иванович Чевакинский предусмотрел постройку православного храма «в два апартамента» (в два этажа) со сводами, имеющего форму равноконечного креста.
Измененный проект был одобрен в июне 1753 года. И вскоре состоялась торжественная закладка храма на плацу Морского полкового двора. Присутствовали все адмиралы, флотоводцы и президент коллегии генерал-адмирал князь Михаил Михайлович Голицын. Молебен совершил архиепископ Санкт-Петербургский Сильвестр.
Руководил строительством сам архитектор. Ему помогал каменных дел мастер Михаил Алексеевич Башмаков.
Работа была окончена в 1760 году. Собор был построен в форме равноконечного креста и декорирован 68 колоннами коринфского ордера.
Здание выполнено в стиле пышного елизаветинского барокко. Крестообразный в плане, собор венчают пять широко расставленных куполов. Все выступающие углы Никольского собора украшены группами из трёх колонн.
В архитектуре здания прослеживаются мотивы древнерусского зодчества.
Пышность и нарядность Никольского собора подчеркивают: богатый антаблемент с овальными окнами верхней церкви, лепные гирлянды цветов и наличники окон, лучковые фронтоны.
Впечатление праздничности сооружения усиливается за счёт балконов с коваными узорными решетками. Это яркий элемент светской архитектуры, но тем менее органично вписан в архитектурный облик храма.
Конечно, усиливают нарядность и праздничность сооружения пять широко расставленных глав с куполами, которые подчёркивают пластику фасадов.
Никольский собор состоит из нижней (зимней) и верхней (летней) церкви. Этим Савва Иванович Чевакинский продолжил отечественную традицию, учитывающую особенности северного климата.
Нижняя церковь освящена во имя святителя Николая Мирликийского Чудотворца – покровителя всех путешествующих, в том числе и по морю.
Верхняя церковь освящена во имя Богоявления Господня. Верхняя церковь открывается только по праздничным дням и отличается более пышным декором. В верхнем храме собора в память погибших моряков находится икона святого апостола Петра, дар собору композитора Петра Ильича Чайковского.
Две церкви под одной крышей собора и дали название Никольскому храму – Морской собор Святителя Николая Чудотворца и Богоявления.
По преданию, царь Пётр I, побывавший в Астрахани, восхищался храмом святителя Николая и пожелал видеть такой же храм в столице. Но при жизни Петра в Петербурге построен такой храм не был. Его желание выполнила дочь Елизавета.
Во внутреннем интерьере собора особый интерес представляет резной иконостас верхней церкви. Колоннада украшена резьбой в виде гирлянд из цветов и листвы работы искусного мастера-резчика Игнатия Канаева.
В иконостасе Никольского собора сохранились образа, написанные известными живописцами XVIII века братьями Миной, Федотом и Иваном Колокольниковыми.
Рядом со зданием собора, на берегу Крюкова канала, расположена четырёхъярусная колокольня. Три яруса – с колоннадой, четвёртый представляет собой барабан с небольшим куполом и тонким изящным шпилем. Некоторые историки архитектуры считают, что колокольня, построенная в 1756–1758 годах у Никольского собора, отчасти повторила проект колокольни Смольного собора Растрелли.
Поставленный по оси большой проезжей магистрали, собор замыкает перспективу улицы и доминирует в ансамбле Никольской площади. В саду, окружающем собор, установлен гранитный обелиск, увенчанный фигурой орла (архитектор Я.И. Филотей, скульптор А.Л. Обер), – памятник героям броненосца «Император Александр III», погибшим в Цусимском сражении 14 мая 1905 года.
От названия Никольского собора происходят наименования Никольской площади и Никольского переулка, а также Никольского рынка, Старо– и Ново-Никольских мостов.