Во времена императора Павла I в соборе побывал член депутации Мальтийского ордена аббат Жоржель. Он довольно своеобразно передал впечатления от посещения нижней церкви Морского собора: «Церковь Святого Николая Матросского – одна из самых посещаемых в Санкт-Петербурге; она двухъярусная, с нижним и верхним этажом: это местная приходская церковь. Нижний этаж представляет храм со сводами и столбами; здесь находится много маленьких часовен с иконами Богородицы и Николая Угодника; в каждой горят лампады. В дни покаяния, особенно при приближении Пасхи, эта подземная церковь наполняется лицами обоего пола, которые кладут здесь земные поклоны и крестятся. Так как она обширна, то священники помещаются в разных местах, читая ектении и молитвы…».
Впечатление от храма как от «многих маленьких часовен» в данном случае закономерно: в нижней церкви хранились иконы, принадлежавшие морским командам, входившим в Адмиралтейское ведомство, – машинной, парусной, провиантской, канатной и прочим, и при посещении храма каждая команда становилась около своей иконы, служила молебны и ставила свечи.
Четырехъярусная колокольня Никольского собора – совершенное по красоте силуэта сооружение, наиболее органично вписанное в перспективу Крюкова канала и его набережных. В семье Бенуа, жившей в родовом доме в Коломне, неподалеку от храма, сохранялось предание о том, что возможным автором или, вернее, соавтором колокольни является В. И. Баженов.
Во время строительства Никольского собора молодой зодчий в качестве архитектурного помощника также участвовал в проектировании и возведении колокольни. Трудно увидеть в ней почерк Чевакинского: тектоника колонн и антаблементов, силуэт – слишком многое напоминает иные, не петербургские и даже не классические барочные образцы, а московские ярусные храмы: церковь архангела Гавриила (Меншикову башню), колокольни Троице-Сергиевой лавры и Новодевичьего монастыря. Все, что наиболее ценил Баженов. Общие пропорции и форма глав, весь характер декора колокольни отличаются от форм собора.
Ярусы колокольни уходят ввысь, пучки колонн на углах завершаются сложными скульптурными композициями. Небольшая главка несет осьмерик» барабана следующего маленького куполка с главкой, переходящей в шпиль, увенчанный крестом.
Однако в 1983 году автор книги об архитекторе Савве Чевакинском, известный историк архитектуры Анатолий Николаевич Петров, привел убедительные аргументы в пользу неправдоподобности легенды, передававшейся из поколения в поколение в семье Бенуа. А. Н. Петров категорически утверждает, что «документальные материалы совершенно не подтверждают этого домысла. Постройка колокольни проходила в 1756–1757 годах, когда Баженов приехал из Москвы и был определен в группу Чевакинского „для обучения архитектурии“. Как видно из рапортов Чевакинского во время возведения колокольни, Баженов в те годы еще только проходил курс черчения ордеров. Говорить о его творческом вкладе в создание колокольни Никольского собора нет оснований. Но для Баженова, как и для других учеников Чевакинского, в частности для Сатарова, эта постройка был прекрасной практической школой строительного искусства. На их глазах прошел весь цикл строительных работ – начиная с кладки фундаментов и кончая подъемом колоколов на колокольню».
Позднее, во второй половине XIX века, на территории Никольского собора построили две часовни: в 1866 году – с юго-восточной стороны, а в 1869 году – с северной стороны при входе в церковную ограду.
Еще во время строительства собора, в 1759 году, по предложению М. М. Голицына Адмиралтейств-коллегия выделила часть своей земли под церковный садик. В июне того же года архитектор Чевакинский представил на утверждение коллегии его детальный план. Садик тогда обнесли деревянной оградой на каменном основании со 139 каменными столбами.
В северной части, за оградой храма, располагалась замощенная булыжником площадь. В октябре 1873 года купец Осия Тупиков обратился к столичному генерал-губернатору Д. Ф. Трепову с просьбой разрешить разбить сквер на месте этой площади. Все расходы по обустройству сквера купец полностью брал на себя, оговорив при этом лишь одно условие, что снятый булыжник он получает в свое распоряжение. Разрешение последовало, к нему дополнительно Городская дума добавила свое условие: «Обнести садик железной решеткой за счет купца Тупикова».