История Собора уходит в глубины истории. До 1788 года это была мусульманская мечеть. После взятия Очакова 6 декабря 1788 года над мечетью построили деревянный купол и с тех пор здание стало православным храмом. Немногим позже в начале 19 века были пристроены алтарь, притвор и паперть. А в 1806 году на минарете была устроена колокольня. Освятили церковь в 1807 году в день Святителя Николая Мирликийского, покровителя моряков и наименовали Свято-Николаевской крепостной церковью.