斯基的设计方案，教堂的名称以圣尼古拉的名字命名。1899年10月13日是俄国圣母节，圣·尼古拉教堂在这一天举行了奠基仪式，但教堂在第二年春天的3月才正式开工建设。教堂建设工程由着名工程师雷特维夫主持。着名画家古尔希奇文克则完成了圣母像及教堂内部的大量壁画。教堂内部的圣物、圣像及大钟都是从莫斯科运来的，耗资巨大。也正由于俄国人对教堂的重视，虽然教堂也因义和团围攻哈尔滨而一度被迫停工，但教堂还是在1900年12月顺利完工，耗时仅一年。圣·尼古拉教堂建成后，沙俄中东铁路护路队随行的东正教神父亚力山大·茹拉