Храм має статус пам’ятки архітектури місцевого значення та є важливою частиною історичної спадщини Радомишля.
Історія спорудження церкви розпочалася ще у XVIII столітті, коли будівництво храму ініціював греко-католицький митрополит Ясон Смогоржевський, однак роботи були зупинені. Новий проєкт церкви розробив архітектор Микола Юргенс у 1875 році, а будівництво тривало з 1877 до 1882 року. Освячення храму відбулося 13 листопада 1883 року.
Собор збудований у стилі московського шатрового храмового зодчества та вирізняється величним силуетом, гармонійними пропорціями й традиційними архітектурними формами. Розписи храму привертають особливу увагу — за припущеннями краєзнавців, над їх створенням могли працювати відомі художники того часу, серед яких називають Віктора Васнєцова, Михайла Нестерова та Михайла Врубеля.
У XX столітті храм пережив складні періоди: у радянські часи його використовували як господарське приміщення, а дзвіницю було зруйновано. Під час Другої світової війни будівля також зазнала пошкоджень. Після війни богослужіння у храмі було відновлено, і сьогодні Свято-Миколаївський собор є діючою церквою.
Миколаївська церква у Радомишлі буде цікавою для поціновувачів архітектури, історії та сакральної спадщини. Це місце, де поєднуються багатовікова історія міста, духовні традиції та унікальна архітектура Житомирського Полісся.