Первое православное богослужение было совершено в Нью-Йорке 2 (14) марта 1865 года на английском языке. Первый православный приход в Нью-Йорке был основан в 1870 году. Церковь была освящена в частном доме по адресу 2-я авеню, дом 951. Поскольку основную часть прихожан составляли сотрудники консульства, храм называли «консульским» или «посольским». При храме издавался небольшой журнал на английском языке. В 1880 году церковь была упразднена. 23 декабря 1894 (4 января 1895) по ходатайству епископа Алеутского и Аляскинского Николая (Зиорова) (впоследствии архиепископ Варшавский и Привисленский) был устроен новый приход.
Вскоре был снят дом по адресу 2-я авеню, дом 323, в бельэтаже которого была устроена Никольская церковь. Искал место для храма и затем обустраивал его архимандрит Рафаилом (впоследствии епископ Бруклинский, викарий Северо-Американской епархии. Причислен Православной Церковью в Америке к лику святых), он же снабдил храм привезённой из России церковной утварью. Остальные помещения были отданы причту. Позднее в этом же здании была оборудована типография, выпускавшая «Американский православный вестник».
Со временем церковь перестала вмещать в себя всех прихожан, встал вопрос о поиске нового здания для церкви. Была создана Комиссия по приисканию и покупке земли для православного храма в г. Нью-Йорке, члены которой пришли к выводу, что необходимо строить отдельное церковное здание. 13 (25) августа 1899 года был приобретён участок земли размером около 700 м² на 97th Street, между Madison и 5th Avenue, на котором предполагалось построить храм на 900 человек, а также помещения для воскресной школы, праздничных собраний и квартиры священнослужителей.
Проект храма составил архитектор Иван Викторович Бергезен. В 1900 году начался сбор средств на строительство церкви. Среди жертвователей был Император Николай II, внёсший 7500 рублей.
Торжественная закладка храма состоялась 9 (22) мая 1901 года[8], а освящение — 10 (23) ноября 1902 года[9].
Во время строительства собора в мае 1902 года была закрыта Никольская церковь (в доме № 323 по 2nd Avenue), а богослужения проводились в арабской церкви, вместе с её причтом, и во временной церкви в здании по 15 Е. 97th Street; первая служба в подвальном помещении собора состоялась 20 июля (2 августа) 1902 года.
Придел в Нью-Йоркском соборе в честь Рождества Божией Матери был освящен архипастырями архиепископом Алеутским Тихоном (впоследствии Святейший Патриарх Московский и всея России) и епископом Бруклинским Рафаилом 22 октября (4 ноября) 1904 года.
Первоначально в здании рядом с храмом размещался причт, но после того как 1 (14) сентября 1905 года в Нью-Йорк была переведена архиерейская кафедра, приходский дом отошёл под архиерейскую резиденцию. Тогда же храм становится кафедральным собором Северо-Американской епархии, именовавшейся с 1907 года Русской Православной Греко-Кафолической Церковью в Северной Америке под юрисдикцией священноначалия от Церкви Российской.
При кафедральном соборе существовали братства Рождества Пресвятой Богородицы (мужское) и Благовещения Пресвятой Богородицы (женское). К храму была приписана кладбищенская церковь святителя Василия Великого, построенная Надеждой Нефтель на могиле мужа и освященная 7 (20) сентября 1906 года архиепископом Тихоном (Беллавиным).
В послереволюционное время, в особенности в 1920-е годы, нормальная духовная жизнь в Свято-Николаевском храме нарушилась. Началась распродажа собственности собора для оплаты кредитов. Не довелось собору избежать и захвата обновленцами.
В 1924 году в Нью-Йорк прибыл обновленческий митрополит Иоанн (Кедровский), который назвался официальным представителем Русской Церкви, направленным в Нью-Йорк из Москвы. Он через гражданский суд занял собор и владел им до своей кончины в 1934 году. После смерти Кедровского в соборе продолжали служить его дети, Николай и Иоанн: один в «епископском», другой в «священническом» сане. Оба также были связаны с обновленческой «Живой церковью». В мае 1944 году Николай Кедровский скончался.
Его брат Иоанн, потеряв юридическую поддержку и утратив иерархическое возглавление своей группы, присоединился к находившемуся в то время в США представителю Московской Патриархии митрополиту Вениамину (Федченкову).
В 1925 году был передан по судебному постановлению «Живой церкви». В 1945 году приход храма присоединился к Московскому Патриархату.
В 1945 году возвращение собора в Московскую Патриархию было признано законным, но это признание еще не носило окончательного характера. Судебный процесс, начатый митрополитом Платоном (Рождественским), не принявшим распоряжений Святейшего Патриарха Тихона, продолжался, хотя самого митрополита уже не было в живых. Суд по делу о правах собственности на собор передавался из одной инстанции в другую и в итоге затянулся на 36 лет.
Однако, в 1947 году суд штата Нью-Йорк постановил передать собор Северо-Американской митрополии (де-факто независимой структуре, не подчинявшейся тогда ни Московскому Патриархату, ни Архиерейскому Синоду РПЦЗ). Настоятель и прихожане, верные Московскому Патриархату, продолжили совершать богослужения в помещении второй пресвитерианской церкви на West 96th Street, 6. Решение Верховного суда США от 23 ноября 1952 года возвратило собор Московской Патриархии. Однако Высший апелляционный суд штата Нью-Йорк оставил храм в юрисдикции Северо-Американской митрополии.
В 1954 году при митрополите Гермогене (Кожине) начались ремонтные работы по реставрации крыши, куполов и креста, продолженные при последующих архиереях.
Судебный процесс продлился до 6 июня 1960 года, когда решением Верховного суда США приговор суда штата был отменён.
В 1970 году Северо-Американская митрополия восстановила общение с Московским Патриархатом и получила от последней автокефалию. Вместе с тем был урегулирован статус приходов в ведении Московского Патриархата в США. Та часть из них, которая не пожелала перейти в юрисдикцию новой автокефальной Церкви, образовала Патриаршие приходы в США, центром которых стал Свято-Николаевский собор в Нью-Йорке.
18 декабря 1973 году собор с приходским зданием был признан памятником архитектуры Нью-Йорка, в память чего к стене храма была приделана бронзовая мемориальная доска.
По воспоминаниями митрополита Крутицкого и Коломенского Павла (Пономарёва), прибывшего в Нью-Йорк в 1992 году:
В Свято-Николаевский собор в то время ходило очень мало людей. В 1992—1993 годах службы в соборе по будням проходили очень редко, и принимало в них участие только наше духовенство: отец Владимир Романов служил, диакон Владимир Тыщук (ныне протоиерей, настоятель Свято-Николаевского кафедрального собора в Вене) и я пели на клиросе. Миряне в Америке по будням в храм не ходили, поскольку все работали в светских учреждениях. Новые этнические русские люди стали приезжать в Нью-Йорк начиная примерно с 1994 года.
В 2000 году начались реставрационные работы, которые были завершены в 2003 году. Храм был заново расписан московскими специалистами под руководством Евгения Максимова. Освящение обновлённого собора состоялось в ноябре 2003 года.
В настоящее время кафедральный собор Патриарших приходов в США. При соборе располагается представительство Московского Патриархата в США. Настоятель собора – протоиерей Игорь Выжанов, канцлер Патриарших приходов в США.
Сайт собора: https://ruschurchusa.org/