Соборный каменный храм во имя великомученика Никиты существовал в Никитском монастыре с незапамятных времён, и к 1528 году он уже пришёл в совершенную ветхость и был, согласно повелению великого князя Владимирского и Московского Василия Иоанновича, разобран. Василий III дал денег на строительство новой каменной церкви, но она, будучи весьма скромных размеров, простояла совсем недолго, после чего церковка «влилась» в мощное здание нового соборного храма. В 1561 году Иоанн Грозный «восхоте старую церковь, построение отца его Василия Иоанновича разобрати и новую над гробом Преподобнаго Никиты во имя Великомученика Никиты воздвигнути». Каменный четырёхстолпный собор был выстроен вокруг небольшой церкви Никиты Столпника, первого каменного храма обители. Старая церковь вошла в новый собор как его южный придел. Позже был пристроен северный Всехсвятский. Благодаря материальной поддержке царя, строительство собора продвигалось довольно быстро, в 1564 году он был закончен строением. На освящении его присутствовали сам царь, вместе с царицей Марией, царевичем Иоанном и митрополитом Афанасием. Более ста лет крыша собора оставалась деревянной. В 1686 году «главы были опаяны белым железом и кресты железные сделаны с репьями», а в 1764-м — покрыли железом всю крышу. В результате чего восьмискатная крыша была заменена на четырёхскатную, а также стёсаны дуги закомар. Несколькими годами ранее, в 1759 году, были растёсаны окна. По-видимому, до середины ХVIII века Никитский собор стоял нерасписанным. Только в 1764 году он был «украшен живописью». В 1838 году её поновили, но, по свидетельству современников, довольно неудачно. В 1876 году собор был расписан заново хорошею живописью академическим живописцем Грибовым.
После закрытия обители в 1923 году, особо ценные предметы из собора были переданы Переславскому музею, а вот сам собор долгое время использовался не по назначению. В те годы на территории и в строениях монастыря в разное время находились Дом отдыха для научных работников, школа, жилые квартиры, горкомхоз, склады, женская колония, автошкола и другие арендаторы, которые не стремились поддерживать памятники старины в удовлетворительном состоянии. Величественный собор св. Никиты, а также все другие постройки бывшей обители, естественно, сильно от новых постояльцев пострадали. Стоит добавить, что в 1933 году был сожжён уникальный иконостас Никитского собора. Примечательно, что восстановительные работы, начатые советскими реставраторами в 1960-70-х годах, власти планировали превратить древнюю обитель в «международный культурный центр», не принесли Никитскому собору ничего, кроме новых разрушений. В 1984 году, на Ильин день, в результате ошибочных действий реставраторов обрушился центральный купол собора. Несколько лет храм так и стоял обезглавленный, открытый всем стихиям. Сейчас купол собора восстановлен, а фундамент укреплён инъекциями специального раствора. К 2013 году Никитский собор был внешне отреставрирован, но в самом храме до сих пор ведутся работы по росписи стен и сводов под руководством палехского художника, иконописца Сергея Григорьевича Морозова.