Каменная двухпрестольная церковь построена в 1757 году священником, прихожанами и горожанами. Предположительно, храм был поставлен на месте прежней деревянной церкви Николая Чудотворца Никольского монастыря, вокруг которой в своё время располагалось кладбище. Напоминанием об этом стала необычная находка: 6 февраля 2013 года при прокладке кабеля у дома 29 по проспекту Ленина (этот дом был построен в 1950-х годах на месте снесенного храма) были обнаружены древние останки нескольких человек.
Спустя 27 лет после постройки, в 1884 году собор был перестроен, как записано в клировой ведомости, «в византийский штиль». Главным престолом храма был Богоявленский, но по старой памяти и по названию второго престола (Святителя и Чудотворца Николая) великолучане называли собор Николаевской (Никольской) церковью с приходом «для дворцовых уездных крестьян». По этой же причине и теперешний проспект Ленина до 1920 года назывался Никольской улицей, несмотря на то, что в 1790 году улица была наименована Богоявленской. Прихожанами этого храма были не только жители Великих Лук, но и 4700 человек, проживавших в 51 близлежащей деревне. На колокольне собора висело шесть колоколов.
О внутреннем убранстве Богоявленского собора Великих Лук информации пока не найдено. За исключением заметки в «Известиях Императорской археологической комиссии» за 1914 год. Под заголовком «Гибель драгоценной старины» столичные археологи писали: «В церкви Николы большая прекрасно сохранившаяся икона Успения Божией Матери, – одна из тех, перед которыми молились навещавшие здешние храмы святители новгородские, – помещена на паперти, а из церкви вытеснена религиозными произведениями новой и бездарной живописи. На той же паперти на противоположной стене помещена большая икона «Крещение Господне», очевидно, древнего письма, впоследствии до того «подновленная», что уже с трудом можно угадать ея первоначальную живопись. Утварь, продырявившаяся от веков употребления, идет на лом. И таким образом один собиратель, заменив подобный «лом» новой, с виду роскошной утварью, приобрел сравнительно за ничтожную сумму серебряные ковшички работы Бенвенуто Челлини».
О внешнем облике храма можно судить по статьям А. Лопырева и фотографиям этого храма, сделанным во времена его расцвета и накануне гибели. Лёгкость и изящество архитектуры отличали это здание, простоявшее до конца 1940-х годов.
Возвращаясь к дореволюционному периоду жизни храма, можно добавить, что при этой церкви действовало сразу три школы. Церковно-приходская, учреждённая в 1893 году, содержавшаяся на средства собора в наёмном доме, и две школы грамоты: в деревнях Шелково (открыта в 1903 году) и Федьково (начала свою работу в 1910 году).
Священниками собора в разные годы были: Иосиф Николаевич Луганский (р. 1.09.1848 г.), Михаил Андреевич Кляровский (р. 1.11.1860 г.), Василий Димитриевич Дориомедов (р. 1883 – арестован 13.05.1930 г.).
В 1920-е годы храм был закрыт. В конце 1940-х годов пострадавшее в войну здание было разобрано, а на его месте был заложен фундамент нового жилого дома.
Источники: Великолукская Правда, 6 августа 1997 года. Известия Императорской археологической комиссии. Прибавление к выпуску 52. – Санкт-Петербург, 1914 г. Карпов К. И. Улицы Великих Лук. – Лениздат,1980. Орлов В. В. Окно в исчезнувший мир. Великие Луки. Экскурсии по городу /В.В. Орлов. – Великие Луки, 2012. Псковский паломник. Храмы и монастыри Великолукского уезда Псковской губернии. Вып 4. – Псков: Издательство «Гименей», 2011. http://lukigrad.ru/index.php/123
