Приход был официально основан в 1930 году, основу небольшой общины составили русские эмигранты. Первоначально службы проходили в доме Бориса Тимченко, одного из основателей прихода, на Riggs Place, NW.
В 1936 г. община приобрела дом по адресу 1768 Church Street, NW. На первом этаже помещалась небольшая часовня, которая вмещала 30-35 молящихся. Подвал использовался для церковных собраний и лекций по русской культуре, а также для чаепитий общины. На верхнем этаже жили некоторые прихожане. В 1940 гг., после Второй мировой войны, новая волна эмиграции привела к росту числа прихожан, дом на Черч-стрит стал слишком тесен для общины.
В 1951 г. была приобретена площадка под постройку храма на углу Массачусетс-авеню и Эдмундс-стрит, строительство благословил митрополит всея Америки и Канады Леонтий (Туркевич). К этому времени насчитывалось более сотни прихожан.
Храм строился как памятник жертвам Первой мировой войны и русской революции, в фундамент храма была положена почва из России. Проект храма был сделан по образцу кафедрального Димитриевского собора XII века во Владимире.
В мае 1955 г. был освящен нижний храм.
25 ноября 1962 г. храм был освящен митрополитом Леонтием (Туркевичем в сослужении архиепископа Бостонского Иринея (Бекиша), архиепископа Сан-Франциского Иоанна (Шаховского) и епископа Вашингтонского Киприана (Борисевича).
Богослужения на английском языке начались еще в 1950-х годах, с 1965 года Божественная литургия на английском языке совершалась один раз в месяц. С 1971 года служили две воскресные литургии: на английском и на церковнославянском языках.
В 1970 году Американская митрополия получила автокефалию от Московского Патриархата. Никольский храм стал кафедральным собором Православной Церкви в Америке.
В 1988 году к храму была пристроена колокольня, освященная в честь святого князя Владимира и тысячелетия Крещения Руси.
В октябре 1991 года в Вашингтон для росписи собора прибыли иконописцы из Москвы. В соответствии со стилем собора Святого Димитрия, архитектурной модели Николаевского собора, они разработали программу иконографии в русско-византийском стиле XII века. Их работа была завершена в 1994 году, к празднованию двухсотлетия Православия в Америке.
