Первый храм Симбирска срубили одновременно с крепостными стенами. В год постройки первого деревянного храма — Свято-Троицкого собора царь Алексей Михайлович прислал в Симбирск позолоченный, украшенный жемчугом и драгоценными камнями серебряный напрестольный крест, содержащий мощи и части риз 43 святых. Позднее сюда поступали и другие царские дары. Во время осады Симбирска Степаном Разиным служители храма возглавили крестный ход вокруг осажденного города, совершавшийся под обстрелом разбойников. Тогда вслед за хоругвями несли крест с мощами святых, и пуля, выпущенная из лагеря Разина, оставила на кресте глубокий след. Вскоре дотоле непобедимый атаман бежал прочь от города. Крест же, как свидетель той памятной обороны, хранился в соборе до времени его закрытия.
В 1694 году, во время большого пожара, деревянный собор сгорел дотла. Новый собор симбирянами решено было строить из камня. В 1702 году было заложено два придела будущего храма, а строительство завершено в 1712 году. Над центральной частью Николаевского собора, в плане почти квадратной, на четырех внутренних столбах-опорах покоился большой светлый купол, по углам располагались четыре небольших купола. Вначале собор не имел колокольни, а лишь небольшую деревянную звонницу, вместо которой только в 1857 году построили высокую четырехъярусную колокольню. Сначала она стояла отдельно от собора и только впоследствии была соединена с ним. До 1844 года этот собор считался главным и именовался Свято-Троицким. После возведения рядом нового летнего Свято-Троицкого собора главный престол старого собора по указу Святейшего Синода был переименован во имя Святителя Николая Мирликийского Чудотворца и с тех пор назывался уже Николаевским собором. Вход в собор был с южной стороны, через паперть, устроенную под колокольней. Алтарь от основной части отделялся резным пятиярусным иконостасом с иконами древнего письма. В 1840-х годах они были украшены драгоценными окладами и ризами. В Николаевском соборе были погребены второй, третий и пятый епископы Симбирской епархии. В 1898 году средствами старосты собора, купца 1 гильдии Н.Я. Шатрова, собор перестроили, объединив с северной стороны со Знаменским приделом, после чего собор стал просторнее. Собор был уничтожен в 1920-х годах.
