Есть письменные источники, которые упоминают, что изначально Никольская церковь была самой обычной, но под конец 17 столетия она стала соборной.
В середине 1710 года на здание храма обрушился страшный пожар, после чего только в 1756 году была выстроен каменный собор, торжественную церемонию освящения которого провел Юрьевский и Суздальский митрополит Селиверст.
До 1867 года здание собора использовалось в качестве теплой церкви, поскольку именно в этом году при соборе было проведено отопление, по причине чего необходимость наличия холодного храма почти полностью отпала.
На протяжении последующих лет здание предназначалось для размещения полковой церкви, ризницы и небольшой библиотеки. При поддержке состоятельных шуйских купцов в конце 19 – начале 20 веков имеющиеся шуйские храмы были кардинально перестроены согласно лучшим архитектурным традициям того времени.
Важно сказать, что Никольский собор, который походил более на старинную русскую избу, планировалось скоропостижно снести. В планах предполагалось возведение новой церкви, разместившейся по левой стороне основного храма.
Во время правления советской власти в здании храма находился городской архив, который просуществовал довольно длительное время. На сегодняшний день Никольский собор является подворьем Свято-Николо-Шартомского монастыря.