Храм заложен в 1807, а освящен в 1813 году. Построен частично на средства казны, но в основном на пожертвования, собранные по обету отставным унтер-офицером Матвеем Дмитриевичем Ситниковым, обошедшим со сборной книгой всю Россию.
1 мая 1878 г. сильно пострадал от пожара, отреставрирован в 1880–1890 гг. Основную часть средств на реконструкцию предоставил елабужский купец Иван Григорьевич Стахеев.
Мензелинский Никольский собор в советские годы
29 апреля 1938 года храм был закрыт, здание передано сельхозтехникому, в 1940 году – под кинотеатр, в 1954 году – Мельничному управлению. Колокольня была сломана.
В 1990-х возвращен Церкви, отремонтирован.
Крупный кирпичный трехпрестольный храм в стиле классицизма. Четверик основного объема завершен высокой ротондой, прорезанной двумя рядами оконных проемов. С запада к нему примыкают трехнефная трапезная и массивная колокольня. Входы с западного, южного и северного фасадов имеют портики дорического ордера.