Вскоре последовал указ «о построении каменной церкви на Морском полковом дворе». При Петре I на этой территории селились морские адмиралтейские служители, и для них устроили Морской полковой двор, на котором первоначально была возведена часовня во имя Николы Чудотворца. В 1743 году на месте часовни, рядом с новыми домами для морских служителей была сооружена большая деревянная церковь. Указом 1752 года императрица Елизавета Петровна повелела выстроить на ее месте новый каменный храм. Сооружался он на «мостовые» деньги, собиравшиеся в качестве оплаты с проезжающих по мостам Петербурга. Освященный, как и его предшественник, во имя Св. Николая, этот храм стал одним из самых блестящих образцов барокко в России и вошел в историю русского зодчества XVIII века как одно из его высших достижений.
Никольский Морской собор строил Савва Иванович Чевакинский (1713–1774/80), один из самых одаренных русских зодчих середины XVIII столетия. Он родился в 1713 году близ Торжка, в сельце Вешки – родовом имении небогатых тверских дворян Чевакинских. В 16 лет был отдан для обучения «навигацким наукам» в Морскую академию в Петербурге. Но моряка из него не вышло – в 1731 году Чевакинский ушел из Академии и поступил учеником в команду главного архитектора Адмиралтейств-коллегии И. К. Коробова, занимавшуюся постройками по линии морского ведомства и отделкой кораблей. После семи лет изучения архитектурной премудрости Савва Чевакинский был произведен в «архитектурии гезели», по-старому – в подмастерья. Так началась его самостоятельная деятельность.
Величественный Никольский Морской собор в Петербурге стал главной постройкой Саввы Чевакинского. Он был не только автором проекта, но и руководил его выполнением в натуре, осуществляя постоянный надзор за работами вплоть до их окончания. В помощь ему был дан «архитектор каменных дел» мастер Михаил Башмаков. Какое-то время при Чевакинском в качестве ученика состоял присланный из Москвы молодой В. И. Баженов, принявший участие в возведении куполов и колокольни Никольского собора. Строительству предшествовали обширные земляные, свайные и бутовые работы; в грунт было вбито 1615 свай. Наконец, 15 июля 1753 года архиепископом Сильвестром была совершена торжественная закладка церкви.
Храм был задуман как двухпрестольный: один престол, верхний, освящен во имя Богоявления Господня, второй, нижний, посвящен Св. Николаю Чудотворцу. В нижней церкви два придела: правый – в память Усекновения главы Иоанна Предтечи, левый – во имя Св. Дмитрия Ростовского. Как считается, образцом для Никольского собора послужил Успенский собор в Астрахани. Однако образец этот был творчески претворен архитектором в совершенно оригинальное произведение. Бело-голубой, с пятью золочеными куполами двухъярусный храм построен в виде греческого креста и окружен группами колонн коринфского ордера (всего их 68), стоящими на высоких постаментах. Невероятная живописность и красочность облика Никольского собора достигается не только расцветкой, но и свободным обращением с ордером: белый лепной фриз то тут, то там прорывают горизонтально положенные овальные окна, пучки колонн сдвинуты на углы.
Не менее красочно выглядит собор и внутри. В обработку интерьеров Чевакинский внес черты дворцовой архитектуры, благодаря чему нарядно оформленные нефы Никольского собора приобрели совершенно светский облик, напоминая роскошные парадные залы дворцов Растрелли. Золочение, лепнина, резьба по дереву и камню создают поистине праздничное зрелище. Сейчас интерьер Никольского собора попросту уникален, поскольку другие образцы подобного стиля в Петербурге почти все уничтожены. Никольскому собору в этом отношении невероятно повезло: это – один из немногих петербургских храмов, который не закрывался в советское время.
По проекту Чевакинского создан и иконостас верхней церкви. Он украшен тонкой, несравненной по виртуозности резьбой. Золочение иконостаса выполнил искусный московский мастер-золотильщик Семен Золотой. Великолепная колоннада иконостаса – один из шедевров русского декоративного искусства XVIII столетия: стволы коринфских колонн увиты гирляндами цветов, углубления каннелюр заполнены словно бы взбегающими вверх побегами листвы. Центральная часть иконостаса, выступающая вперед, декорирована двумя ярусами колонн. Иконостас богато украшен скульптурой и орнаментальной резьбой. Декоративные мотивы внутри и снаружи храма составляют единый пластический ансамбль, в котором иконостасы являются как бы смысловой и художественной доминантой.
Написание образов для иконостасов началось еще в 1755 году, задолго до начала работ по устройству самих иконостасов. Иконы для верхней церкви (32 образа) писал Федот Колокольников, уроженец Осташкова, а для нижней (43 образа) – его брат, известный живописец того времени Мина Колокольников.