Деревянная церковь Николы Боровского существовала на этом месте уже в 1565 г. В конце XVII в. построена двухпрестольная каменная Николо-Низская церковь с приделом в честь Рождества Христова и небольшим престолом во имя Иоанна Воина в колокольне. Примерно тогда же построена зимняя каменная Покровская церковь — сведения о времени её строительства расходятся: дата на антиминсе — 1696 г., в клировых ведомостях указывался 1703 г.
Судя по архитектурным формам и декору храм построен, скорее всего, в середине XVII в., другие даты, очевидно, относятся к обновлению храма. Колокольня Покровской церкви выстроена, вероятно, в 20—30-е гг. XVIII в. В 1883 году старая Николо-Низская церковь была снесена и к 1885 г. выстроена заново. В 1892 г. обновлена и Покровская церковь, именно тогда она стала пятиглавой.
Покровская церковь — пятистолпный трёхапсидный храм с пятиярусной колокольней. Композиция и декор самого храма в стиле, характерном для середины XVII в., колокольня — в стиле русского барокко, пятиглавое завершение — в византийском стиле.
Николо-Низская церковь — бесстолпный одноглавый одноапсидный храм без колокольни, выстроен в стиле эклектики классического направления.
Все постройки и перестройки храма производились на средства прихожан. Николо-Низский приход был одним из самых малолюдных в Казани, основную массу прихожан составляли люди небогатые. Однако, благодаря инициативе священников, находились благотворители.
Основные средства на постройку нового Николо-Низского храма предоставили члены строительного комитета купцы Павел Васильевич Щетинкин, Василий Иванович Заусайлов, Александр Никифорович Свешников и староста храма Григорий Николаевич Горинов (их имена увековечены в закладной доске на стене церкви).
В 1834—1871 гг. в приходе служил священник Михаил Павлович Полетаев (1814-1871), сын священника этой же Николо-Низской церкви, выпускник Казанской Духовной семинарии (1834). Это был хороший проповедник и добрый человек. При нём в 1857—1862 гг. был выстроен рядом с церковью двухэтажный каменный дом причта.
В 1871—1903 гг. настоятелем храмов был Николай Максимович Варушкин (1831-1903), выпускник Пермской Духовной семинарии (1852). Он пользовался огромным уважением не только своих прихожан, но и православных всей Казани. Благодаря авторитету о. Николая пожертвования на перестройку храмов делали не только прихожане, но и состоятельные казанцы, жившие в других приходах.
В 1930 году Николо-Низская церковь была закрыта, а в 1944 году после известной встречи И.В. Сталина с митрополитом Сергием (Страгородским) открылась вновь, как и многие другие храмы по всей стране. После возрождения Казанской епархии совсем скромная приходская церковь стала кафедральным собором, в этом качестве он остаётся и поныне.
Среди главных святынь собора — чудотворные списки Тихвинской иконы Божией Матери из Тихвинской церкви г. Казани, святителя Николая Мирликийского. В Никольском храме находится также почитаемая икона Собора всех Казанских святых.
