Церковь была заложена в 1851 году в соответствии
с проектом известного российского архитектора, академика Давида Гримма.
Храм был построен в византийском стиле с боковыми нефами, большой абсидой и величественным куполом, венчаемым Георгиевским крестом. В 1906 году церковь была расписана в романском стиле и переименована в Свято-Николаевский гарнизонный собор, став главным воинским храмом Западного Русского округа.
В 1921 году, после подписания Рижского договора, крепостной собор, как и вся Западная Белоруссия, отошел Польше.
С 1922 по 1930 гг. в храме была проведена серьезная реконструкция - он был перестроен в римско-католический гарнизонный костел Святого Кристофа.
После вхождения Западной Белоруссии в состав БССР
и размещения в Брестской крепости советского гарнизона в церкви
с 1939 по 1940 г. находился красноармейский клуб.
В ходе боев за Брестскую крепость зданию храма были нанесены серьезные повреждения.
В послевоенные годы храм стоял в разрушенном виде до возвращения его в 1994 году Русской Православной Церкви.
В последние годы в храме за счет средств прихожан, меценатов, городских и областных властей ведутся крупные реставрационные работы.
С первого дня возрождения настоятелем храма является протоиерей Игорь Умец, кандидат богословия, выпускник Санкт-Петербургской духовной академии.