Собор Николая Чудотворца старше города, он был построен в 1766 году, а город получил свой статус в 1777 году. С этого времени Никольский собор стал городским. Удивительно, что в это время в небольшом селе, а Мышкин на тот момент не имел статус города, появилось такое масштабное каменное здание. Да ещё и всего за три года.
История строительства этого собора довольно интересна. Александр Петрович Березин, купец 1-ой гильдии, городской голова города Санкт-Петербурга, родился в семье крестьян в селе Еремейцево, неподалеку от Мышкина. Его отец был очень беден и был вынужден заложить в мышкинском трактире икону Святого Николая Чудотворца. Спустя более чем четверть века разбогатевший Александр смог выкупить образ обратно и считал чудом тот факт, что родовая икона никуда не пропала за это время. В память об этом Березин построил в Мышкине на свои средства церковь. Всю жизнь он вёл активную благотворительную деятельность и построил три храма: помимо мышкинского храма ещё были возведены Вознесенская церковь в Круглицах, в настоящее время Охотино, неподалеку от Мышкина и в Петербурге.
Никольский собор был возведен в 1766-1769 годах, по другим данным в 1764 году, как приходской храм с престолами в честь князей Бориса и Глеба и Александра Невского. Архитектор здания неизвестен. Существует версия, что проект был подготовлен П.Я. Паньковым.
Собор построен в классическом стиле. Куб правильной формы создаёт основное пространство здания. С западной стороны к нему пристроена достаточно большая трапезная. Когда-то рядом с ней находилась достаточно внушительная колокольня. Облик здания формирует широкий световой барабан с достаточно большими округлыми окнами. Он богато декорирован лепниной и увенчан широким куполом с миниатюрной луковичной главкой. Фасады украшены дорическими пилястрами и архивольтами. Достаточно широкие окна декорированы скромными симметричными арками. Фасады основного здания с северной и южной стороны украшены колоннами с треугольным фронтонами.
В XIX веке перед храмом была возведена скромная часовенка в шатровом стиле. Средства на её возведение пожертвовали местные купцы после чудесного спасения императора Александра III, выжившего при крушении поезда. Однако она до наших дней не дошла. В советский период её разрушили, а на её месте установили памятник Ленину.
Внутренне убранство храма появилось в 1777 году. Дворовые люди помещиков Кожиных, живописец Трофим Кашинцев и резчики Королёвы создали удивительной красоты иконостас. Прекрасные и редкие иконы были частично утрачены во времена гонений на церковь.
В 1830-е годы после появления нового Успенского собора, собор Николая Чудотворца сильно перестроили, на южной и северной стенах появились портики с колоннами, был изменён купол. В 1860-х годах полностью перестроили колокольню, которая впоследствии была уничтожена.
Судьба Никольского собора, как и многих других храмов, в советское время сложилась трагично. В 1930-е годы здание церкви передали местным органам культуры, колокольню разобрали. В 1934 году Никольский собор переоборудовали в учреждение культуры. 6 ноября 1934 года здесь отпраздновали очередную годовщину Октябрьской революции. По причине спешки над сценой не успели убрать два фрагмента резьбы деревянного иконостаса. Последняя дискотека в этом здании состоялась 18 апреля 2003 года.
2 мая 2003 года собор был возвращён РПЦ. Летом 2003 года было обнаружено, что выступающая передняя часть сцены сделана из икон иконостаса. Также сохранились и две боковые панели, в одной из них на протяжении 96 лет стояла икона Спасителя «в терновом венце…». 27 марта 2004 года в соборе нашли закладную плиту, которая была установлена 1 сентября 1835 года. С 2004 года в Никольском соборе проходят службы.
В соборе проведены масштабные реставрационные и ремонтные работы. В 2010 году в рамках поездки по Ярославской епархии в честь 1000-летия Ярославля его посетил Патриарх Московский Кирилл, который пожелал Божией помощи всем, кто участвует в восстановлении собора, и передал храму в дар икону святого проповедника Ионы Киевского. Сейчас Никольский храм в Мышкине является действующим, но его интерьеры по-прежнему остро нуждаются в восстановлении.
