Храм имеет статус памятника архитектуры местного значения и является важной частью исторического наследия Радомышля.
История строительства церкви началась ещё в XVIII веке, когда возведение храма инициировал греко-католический митрополит Ясон Смогоржевский, однако работы были остановлены. Новый проект церкви разработал архитектор Николай Юргенс в 1875 году, а строительство продолжалось с 1877 по 1882 год. Освящение храма состоялось 13 ноября 1883 года.
Собор построен в стиле московского шатрового храмового зодчества и отличается величественным силуэтом, гармоничными пропорциями и традиционными архитектурными формами. Особое внимание привлекают росписи храма — по предположениям краеведов, над их созданием могли работать известные художники того времени, среди которых называют Виктора Васнецова, Михаила Нестерова и Михаила Врубеля.
В XX веке храм пережил сложные периоды: в советское время его использовали как хозяйственное помещение, а колокольня была разрушена. Во время Второй мировой войны здание также получило повреждения. После войны богослужения в храме были восстановлены, и сегодня Свято-Миколаевский собор является действующей церковью.
Миколаевская церковь в Радомышле будет интересна ценителям архитектуры, истории и сакрального наследия. Это место, где сочетаются многовековая история города, духовные традиции и уникальная архитектура Житомирского Полесья.