16 июля 1752 года императрица Елизавета Петровна подписала указ о возведении взамен обветшавшей деревянной Никольской церкви новой каменной. Разработка проекта нового морского храма была поручена архитектору Адмиралтейств-коллегии Савве Ивановичу Чевакинскому. По преданию, инициаторами постройки были тогдашний президент Адмиралтейств-коллегии М.М. Голицин (младший) и сам Петр Великий. Архивариус А.И. Богданов в своем «Описании Санкт-Петербурга» 1749-1751 г. указывает, что храм построен «по образцу Астраханского собора о пяти главах, о чем от Петра 1 в 1721 году в бытность в Астрахани с означенным генерал-адмиралом рассуждение чинено». Сходство между Астраханским и Петербургским соборами отсутствует, за исключением разве что пятиглавия, однако само «рассуждение» могло произойти. В 1722 году там же в Астрахани Петр распорядился о постройке морской Богоявленской церкви в Кронштадте, но как в Кронштадте, так и в Петербурге петровский указ был выполнен не скоро. Петербургский Морской собор был выстроен «о пяти главах», что в столице в середине 18 века было ещё редкостью. Всю первую половину столетия храмы строились по образцу Петропавловского собора – одноглавые, зального типа, со шпилем на колокольне. Появление во времена Елизаветы Петровны пятиглавых храмов воспринималось как возвращение к русской православной традиции.
После наводнения осенью 1752 года, когда вода затопила место, где предполагалось строительство, проект был изменен и собор стал выше на 2,13 м. Руководил строительством сам архитектор, в помощь ему был дан каменных дел мастер М.А. Башмаков, впоследствии построивший церковь Святых Захария и Елисаветы в Главном Адмиралтействе. В 1756 году начались работы по наружной отделке храма. По проекту фасады храма были оформлены капителями коринфского ордера, пилястрами, рокайльными наличниками и скульптурой. В тимпанах четырех фронтонов предполагалось сделать «штукатурною работою сияние с облаками и херувимами». Для этой работы Чевакинский рекомендовал лепного мастера Фридриха Партира. Позднее он же делал лепные украшения для интерьеров храма. Сложности вызывало изготовление металлических конструкций для глав собора. Для их заказа архитектор в начале 1757 года сам лично ездил в Тулу к владельцу железоделательных заводов П.А. Демидову. Тот оказал Чевакинскому всяческую помощь и поддержку. Привезенные из Тулы железные конструкции куполов были поставлены на барабаны, вызолочены мастером Моисеем Сарычевым с помощником Иваном Харитоновым, и к осени 1760 года на храме были водружены кресты. П.П. Демидовым были исполнены конструкции и вызолочен шпиль колокольни.
Необыкновенное великолепие храма поражает взгляд и ныне. Золоченые главы широко расставленных барабанов видны издалека и производят впечатление праздничности и богатства. При приближении к собору кажется, что объем его словно бы увеличивается. Сложность конфигурации и обилие архитектурных деталей делают его монументальным. Торжественные ряды окон, череда тройных коринфских колонн, ажурные решетки балкончиков, богатство лепнины придают зданию нарядность дворца, подчеркнутую эффектным цветовым сочетанием небесно-голубого и белого.
В 1755 году, когда стены собора только были выведены под крышу, заблаговременно начались работы по подготовке к оформлению интерьеров. К этому времени Чевакинским были сделаны эскизы иконостасов и составлен перечень необходимых икон. Работы производились по верхней и нижней церквям отдельно. Иконы были написаны братьями Федотом и Миной Колокольниковыми, крепостными художниками. Иконы написаны на досках в стиле, характерном для убранства петербургских храмов 18 века, и являются типичным примером соединения приемов иконописи с со светской западноевропейской живописью. Размещение их в иконостасе несет конкретную символическую нагрузку. Резные иконостасы для верхнего и нижнего храмов были изготовлены группой адмиралтейских резчиков по эскизам Чевакинского, утвержденным в 1755 году. Основную работу выполнили резной подмастерье Игнатий Канаев и столярный мастер Савелий Никулин. Оба иконостаса решены в едином стиле. Обилие колонн, украшенных гирляндами цветов, каннелюрами, заполненными убегающими вверх ростками, коринфскими капителями, использование мелких архитектурных деталей удачно перекликаются с пышной наружной отделкой храма. Резные киоты доя икон выполнены в том же стиле, что и иконостасы.
Особенно великолепен верхний храм в честь Богоявления. Многочисленные пилоны, делящие храм на семь нефов различной длинны, создают эффектные перспективы, прихотливый повтор которых отвечает внешнему облику здания. Свет, льющийся из высоких окон и центрального купола равномерно рассеивается по интерьеру и дает мягкие блики на золоченой резьбе киотов. Иконостас верхнего храма поражает своей красотой и парадностью, а изящные пропорции колонн подчеркивают общее устремление ввысь. Резные Царские врата напоминают золотое кружево. Во время богослужения они отворяются, и взору молящихся предстает золоченая резная напрестольная сень – сверкающие позолотой витые парные коринфские колонны поддерживают навершие, украшенное сложным орнаментом, головками херувимов, ниспадающими складками золотой драпировки. В центре храма, напротив иконостаса, на ближайшем северном столбе установлена высокая проповедническая кафедра, с которой в старые времена зачитывали царские указы и объявления о победах русского флота. У южного столба устроено «царское место», украшенное золотой резьбой и обитое темно-малиновым бархатом с позументом. Здесь часто бывали русские цари и царицы. Над ним, в парусах центрального барабана вместо традиционных четырех Евангелистов помещены Российский Императорский герб, поддерживаемый ангелами – в северо-восточном и юго-западном, и вензель Елизаветы Петровны «Е 1» - в юго-восточном и северо-западном.
Одновременно со строительством собора неподалеку от него возводилась колокольня. Место для нее было выбрано строго на запад по центральной оси храма. Расстояние же определялось, по всей видимости, предполагаемой линией Крюкова канала. К 1750-м годам канал был прорыт только на участке между Невой и Мойкой, но мысль о его продолжении уже неоднократно обсуждалась. На участке перед собором канал был прорыт только в 1780-е годы, то есть через 20 лет после окончания строительства, но кажется, что архитектор заранее видел удивительный эффект сочетания водной глади и устремленной ввысь колокольни. В 1758 году колокольня была завершена и оштукатурена. Тогда же были подняты колокола и установлены часы с курантами. На Никольской колокольне был собран один из лучших колокольных наборов столицы – 13 колоколов. В курантах действовало 9 колоколов. В настоящее время на колокольне полностью используется механический звон.
Нижний храм во имя Святителя Николая Чудотворца был освящен в царствование Елизаветы Петровны 5 декабря 1760 года, накануне храмового праздника. В тот же день освящен правый придел нижнего храма в честь Усекновения главы Святого Иоанна Предтечи. При Екатерине II 20 июля 1762 года состоялось освящение верхнего храма в честь Богоявления и нижнего левого придела во имя прославленного в 1757 году Святителя Дмитрия Ростовского. В 1845 году в нижнем храме были заменены Царские врата главного иконостаса. Их сделали «по тому же рисунку, какой настоящие имеют, с малым токмо изменением меры оных в ширину и высоту». Из позднейших ремонтов в соборе необходимо отметить замену в 1862 году архитектором Г.И. Карповым деревянных лестниц, ведущих в верхний храм на каменные. Остальные работы были, как правило, крайне незначительны и не изменили облика собора. После перехода храма в Морское ведомство, в 1901 году, в верхней церкви была устроена сохранившаяся до нашего времени Голгофа. В 1908 году в церковной ограде был установлен памятник офицерам и матросам Гвардейского экипажа, погибшим на эскадренном броненосце «Император Александр Ш».
По книге: Исакова Е.В., Шкаровский М.В. Никольский "Морской собор и другие морские храмы Санкт-Петербурга". – СПб.: «Паритет», 2003