В начале XIX века в городе Сердоболь (современный город Сортавала) действовало две православных церкви: во имя Святого Николая Чудотворца и во имя Святых первоверховных апостолов Петра и Павла.
Храм Петра и Павла функционировал с 1799 года и, несмотря на попытки реставрации, находился в плачевном состоянии. Духовенство и должностные лица, посещавшие Сердоболь, говорили о необходимости постройки новой церкви.
Попытки найти деньги на возведение теплого каменного храма безуспешно предпринимались несколько раз. Для местных жителей, прихожан Сортавальского прихода, затраты на строительство оказались не под силу.
Исидор — митрополит Санкт-Петербургский, Новгородский и Финляндский нашел вариант оплаты постройки храма. Купцы Елисеевы, братья Георгий и Степан, решили финансировать возведение городской церкви. Часть денег внесли и состоятельные прихожане. С третьей попытки нашли архитектора и разработали проект строительства. Для выполнения работ пригласили статского советника и архитектора Гребенка Николая Павловича.
Строительство храма началось в 1870 году, а в 1873 году прошло его открытие.
Братья Елисеевы и дальше помогали храму финансово. За помощь были отмечены орденами Святого Владимира IV степени и Святой Анны II степени.
В центре архитектурной группы находится большой купол и четыре дополнительных купола, увенчанных крестами, а также высокая шатровая колокольня. Здание имеет высокий цоколь из крупных гранитных блоков, добытых в каменоломнях острова Риеккалансаари в Ладожском озере.
Иконостасы, как и все здание спроектировал, архитектор Н. П Гребенок. Иконы созданы художником П. С. Шильцовым.
За время военных действий 1939−1944 годов собор уцелел, но были утрачены колокола, которые захватчики увезли в Финляндию. Самый большой колокол весом 1000 кг и вовсе был утерян. Постепенное восстановление храма началось еще в начале 1942 года, когда сюда вернулись служители.
После ВОВ основной престол был освящен именем Николая Чудотворца. С того времени храм и носит имя Святого Николая. С 1946 года в соборе возобновились службы.
Сейчас церковь Николая Чудотворца — главный храм Сортавальского прихода Карелии. Здесь совершал молебен патриарх Алексий II, а обновленный иконостас освятил архиепископ Петрозаводский и Карельский Мануил.