Die Bemühungen um die Gründung einer russisch-orthodoxen Kirche in Wien gehen auf die Zeit Peters I. zurück und zogen sich über einige Jahrzehnte hin. 1762 kam der erste russisch-orthodoxe Priester, Simeon Matwejew, nach Wien. Die Gottesdienste wurden zunächst in einem Raum der Residenz des Botschafters abgehalten.

Im Jahre 1765 wurden für die Wiener Botschaftskirche eigene Räumlichkeiten gemietet, in denen sich auch die Wohnungen des Priesters und seiner Mitarbeiter befanden. Diese Entwicklung erreichte einen Höhepunkt in jenen 42 Jahren, in denen der Erzpriester Michael Rajewskij (1842-1884) in Wien als Pfarrer der Russisch-orthodoxen Kirche wirkte. Zu dieser Zeit wurde der Plan gefasst, ein eigenes Kirchengebäude für die russisch-orthodoxe Kirchengemeinde in Wien zu errichten.

Dieser Plan konnte schließlich in den Jahren 1893 bis 1899 verwirklicht werden: Die Errichtung der Kirche zu Ehren des heiligen Nikolaus erfolgte auf dem Grundstück, das im 3. Wiener Gemeindebezirk zwischen Reisnerstraße, Bahngasse und Jaurèsgasse für die kaiserlich-russische Botschaft erworben worden war. Als sich vor dem Ersten Weltkrieg (1914) die Beziehungen zwischen Österreich und Russland verschlechterten, und das Personal der russischen Botschaft abgezogen wurde, wurde auch die Kirche geschlossen.

Erst nach dem Zweiten Weltkrieg im Jahr 1946 wurde die Kathedrale, die in der Zwischenzeit kurzzeitig sogar als Abteilung der Musikhochschule benutzt worden war, wieder für Gottesdienste geöffnet und ihrer ursprünglichen Bestimmung zugeführt.

Seit 1946 ist die St.-Nikolaus-Kathedrale Bischofssitz des russisch-orthodoxen Diözesanbischofs von Wien und Österreich. 1962 wurde die russisch-orthodoxe Diözese von Wien und Österreich gegründet und im Jahr 2013 staatlich anerkannt. Die russisch-orthodoxe Kirchengemeinde zum hl. Nikolaus in Wien hat in Österreich den Status einer Körperschaft des öffentlichen Rechts zufolge ihrer staatlichen Anerkennung aus dem Jahr 1967. Weitere gesetzlich anerkannte russisch-orthodoxe Gemeinden befinden sich in Graz und Linz.

Die 1899 eingeweihte zweistöckige Kirche mit sechs Kuppeln, einer Höhe von 56 Metern und Monolithsäulen aus Granit stellt eine wahre Perle der russischen Architektur dar. Die Kathedrale zieren fünf große goldene Kronleuchter, ein Geschenk des letzten Zaren Niklaus II: und eine prächtige vergoldete Ikonostase aus geschnitztem Holz. Die Ikonostase der unteren Kirche ist aus rosa Marmor gefertigt und als unikales Meisterwerk zu bezeichnen. Die Malerei in der Kirche wurde im Zuge der umfassenden Renovierungsarbeiten an der Kathedrale (2003 - 2008) von einer Brigade von Künstlern aus Moskau unter der Leitung des berühmten russischen Ikonenmalers Archimandrit Zenon verwirklicht. Diese Malerei auf 1500 m2 Fläche ist ein wahres Meisterwerk der darstellenden Kunst.