История этого храма началась в 1913 году, когда в России праздновалось трёхсотлетие династии Романовых. Общественность губернского города не могла остаться в стороне, и появилась идея строительства храма-памятника.
Именно Кошкаров провёл через правление общества решение о выделении средств на постройку храма и, более того, подготовил эскизы, на основании которых осуществлялось его проектирование. Именно фантазия Кошкарова породила неповторимый стиль Брянского храма — общие барокковые формы, неоклассический декор и неорусские купола.
Дело стало в значительной степени общегородским — средства собирались также среди рабочих брянского и трубного заводов, на благотворительных концертах в городе. Однако основная сумма, около 100 тыс. рублей, была предоставлена именно владельцами завода.
Автором проекта стал полтавский (с 1914 года — екатеринославский) епархиальный архитектор Георгий Туровец. Интерьер здания был разработан петербургским архитектором Евстафием Константиновичем (в прессе того времени его участие почему-то не отмечается). Лепные работы выполнены скульптором О.И. Якобсом. Роспись храма осуществлял ученик Репина художник Михаил Иванов. Руководил строительством инженер брянского завода Сергей Гуков.
Храм, посвящённый небесному покровителю правящего императора — Св. Николаю Мирликийскому, был заложен в феврале 1913 года, а освящён — в мае 1915 года.
Здание очень «металлургическое» — построено из кирпича на основе металлургического шлака (шлакоблоки и сейчас активно в строительстве, но кирпич делался по другой технологии — он более прочен), вход в церковь построили из каменных массивов, служивших ранее фундаментом под некоторыми машинами завода.
В 1929 году церковь была закрыта, иконостас демонтирован, и судьба его неизвестна. В конце 1932-го в здании открыли выставку образцов продукции, выпускавшейся заводом им. Петровского, а в 1933-м — заводской Дом пионеров и школьников.
С 1941 по 1961 год церковь использовалась по своему основному назначению. Открыта она была при оккупации, после освобождения города закрыта не была и продержалась до хрущёвской антирелигиозной кампании.
После закрытия церкви в здании расположилась детская спортивная школа Ленинского района, а затем здание долго использовали под склад строительных материалов.
Почему было избрано именно это помещение, не очень понятно. Безусловно — собор надо было как-то использовать, помещение большое, акустика — отличная. Исторический костёл в центре Днепропетровска был занят Управлением государственных лотерей, да и по размерам он не шёл ни в какое сравнение с Брянским храмом.
С другой стороны, храм фактически находится в промзоне, с интенсивным движением поездов (рядом станция Горяиново киевского направления и пассажирское вагонное депо), трамваев и метро. В километре — нещадно чадящие доменные печи Петровки. Обычный цвет окружающего пейзажа — коричневый. С неба постоянно сыплется металлическая пыль… По слухам, немецкие специалисты были очень недовольны местоположением органа, но, в конце концов, согласились на предложенное помещение. В 1979 году, по инициативе энтузиастов, храм внесли в реестр памятников архитектуры, охраняемых государством. В 1982 году Днепропетровский облисполком принял решение о создании в нём Дома органной и камерной музыки.
В том же году по проекту днепропетровского архитектора О.Г. Попова начались реставрационные работы, продолжавшиеся до мая 1986-го. Внешние формы храма были восстановлены, но внутри здание существенно изменено — выделено место для органа, оборудованы технологические помещения и зрительный зал на 250 мест. В 1987 году в Доме органной музыки был установлен 12-тонный орган фирмы Sauer из Франкфурта-на-Одере, имеющий 30 регистров. Монтаж и настройка его продолжались год.
В 2011 году собор был возвращён православной общине (УПЦ), однако по решению суда — только на основания сосуществования с Домом органной и камерной музыки. По заверениям управляющего Днепропетровской епархией митрополита Иринея, орган останется нетронутым до тех пор, пока в городе не будет построен органный Дом музыки, куда его смогут перенести.
С 2013 года совершаются регулярные богослужения в подвальном помещении храма. Между церковными властями и администрацией Дома органной музыки продолжается вялотекущий конфликт — православная община хотела бы использовать по назначению весь храм, но, с другой стороны, переносить орган некуда, да и стоит эта операция неподъёмно дорого. По оценке, сделанной в 2006 году представителями Sauer, стоимость переноса составляет 163 тыс. евро.