Свято-Николаевский собор построен в 1910 году на средства полтавской дворянки Котович в готическом стиле. Она завещала церкви значительные средства. После установления советской власти богослужения были запрещены, а помещение экспроприировано большевиками. После революции 1917 года значительная часть прихожан-католиков уехала за границу, костел закрыли, а здание со временем национализировали. Функционировал как римско-католическая базилика до 1919 года.
В 1930-х годах здесь разместился Дом санитарной культуры, который пропагандировал здоровый образ жизни и предоставлял зал для культурно-массовой работы. До 1970-х годов в нем размещались здание культуры, здание торжества, здание офицеров, кинотеатр, детско-юношеская спортивная школа № 2 (1971-1991).
В начале 1990-х годов здание бывшего костела было передано Православной церкви Киевского патриархата, и теперь здесь находится Свято-Николаевский собор. Богослужение возобновлено 17 декабря 1991 года обществом УАПЦ. После Объединительного Собора в 1992 году храм стал принадлежать общине святого Николая Чудотворца УПЦ КП, а после Объединительного Собора в 2018 году — ПЦУ. В помещении произведены строительные отделочные и ремонтные работы. Святыни: икона священномученика Макария с частицей его мощей, икона великомученицы Варвары с частицей ее мощей.
Община зарегистрирована 15 апреля 1999 г. за № 200 по ул. 29 сентября, 16/34. За время принадлежности храма к православию был пристроен портал, установлены купола с крестами, изготовлен четырехъярусный резной иконостас. С 1996 над росписями трудился киевский иконописец Максим Ладейщиков, с 2007 года - кременчугский художник Николай Бутко.
В 1985 году внесен в Перечень памятников истории и культуры Кременчуга местного значения. В 1995 году решением 9-й сессии городского совета народных депутатов утверждена охранная зона здания как памятки архитектурного наследия.