В начале XIX века на Забалке была построена первая церковь – деревянная, во имя свт. Николая Чудотворца. Храм был построен на пустыре самого высокого в этой округе места. Сначала это была церковь при военном морском госпитале, позднее, в 1819 году, ее передали в ведение епархиального начальства и она стала приходской.
Существует предание, что в 1780 году старой госпитальной церкви князем Г.А. Потемкиным был подарен образ свт. Николая Чудотворца, что и стало причиной одноименного освящения храма. В 1842 году, уже на новом месте, в центре новой рыночной площади, была возведена каменная церковь свт. Николая Чудотворца. Возводили ее в традиционном классическом стиле, на востоке и западе украсили четырехколонными портиками. Величественное строение венчает высокий сферический купол на восьмигранном барабане и колокольня в два яруса. Церковь освящена 9 мая 1842 года. В годы Крымской войны 1853-1856 годов в церкви отпевали защитников Севастополя, умерших в херсонских госпиталях.
До 1917 года при этой церкви находилась церковно-приходская начальная школа, в которой обучали грамоте детей «низших» слоев населения. В первые послереволюционные годы церковь свт. Николая стала первой в Херсоне обновленческой церковью, но обновленчество в Херсоне просуществовало недолго.
В 1920-е годы храм был полностью разграблен, изъяты все церковные ценности. В конце 1929 года были сняты колокола, уцелели только маленькие колокола, которые висели в притворе храма. В 1932 году церковь была закрыта и по 1941 год ее использовали под зерносклад, технические мастерские, гараж для тракторов.
В 1941 году храм снова был открыт, в нем возобновились богослужения. Были собраны пожертвования, местные художники восстанавливали иконостас. В 1941 году художник Бабенко написал образ Воскресения Христова, Плащаницу Божией Матери, Распятие Господне. С 1949 года по 1954 год были восстановлены оба придела. Местная художница монахиня Евфалия из Херсонского Благовещенского женского монастыря написала иконы боковых приделов: Воскресения Христова и Божией Матери, художница монахиня Констанция написала Феодоровский и Касперовский образы Божией Матери и другие иконы. Кисти Зиновии Осадчевой принадлежит икона Божией Матери «Скоропослушница», которая является главной святыней нынешнего Никольского Морского собора.
В мае 2007 года, в связи с 165-летием со дня освящения, Никольский храм получил статус Морского собора. К этому дню архиепископ Херсонский и Таврический Иоанн передал в дар Никольскому Морскому собору частицу мощей свт. Николая Чудотворца. В 2009 году была отреставрирована колокольня собора, купол был перекрыт золотистым булатным железом.
22 мая 2015 года архиепископ Херсонский и Таврический Иоанн освятил памятник святителю Николаю Мирликийскому, установленный в ограде собора.
