Решение о строительстве собора было принято в 2002 году, первый камень заложен в 2004 году, а освящён собор был в 2005 году. Строительство велось на пожертвования жителей Анадыря и губернатора Абрамовича. В 2004 году на скале рядом с храмом был установлен самый большой в мире памятник Николаю Чудотворцу. Этот бронзовый монумент вместе с собором составляют единый архитектурный ансамбль. Собор построен по проекту омского архитектора Павла Аверченко.
Строительный материал (калиброванная сосна и лиственница) был завезён из села Знаменское Омской области. Храм был специально спроектирован с учётом местных суровых условий — очень высоких ветровых нагрузок и низких температур, все приделы в храме объединены в единый комплекс под одной крышей. Вдоль всей длины свайного фундамента смонтированы холодильные установки для предотвращения летней оттайки грунтов, температура под зданием никогда не превышает −3°С. Кровельное покрытие состоит из медных листов толщиной 4 мм.
