Под постройку собора было отведено место в саду участка, приобретённого для посольства. Закладка храма состоялась 3 октября 1893 г. Строительные работы велись по проекту академика Григория Ивановича Котова (1859–1942 гг.) архитектором-итальянцем Луиджи Джакомелли и были окончены 1889 г. Освящение Свято-Николаевского собора было совершено 4 апреля 1899 г. архиепископом Холмским и Варшавским Иеронимом. К этому дню в Вену прибыли настоятели, которые несли свою службу в русских храмах Европы: протоиерей Мальцев из Берлина, протоиерей Кардасевич из Будапешта, протоиерей Протопопов из Висбадена, священник Вольский из Штутгарта, священник Анненков из Дрездена, протоиерей Соловьёв из Кобурга, протоиерей Апраксин из Праги и др. Были настоятели греческой и сербской церквей в Вене, а также священники боснийских русских полков. На освящении храма присутствовал также русский посол граф Пётр Алексеевич Капнист (1839–1904 гг.), представители австрийских властей и бургомистр Вены Штрабах, дипломаты, представители разных славянских обществ. В ходе Первой мировой войны Россия и Австрия находились по разные стороны фронта. Дипломатические отношения между ними были разорваны, и российское посольство свернуло свою деятельность. Будучи посольской собственностью, закрылся и собор святителя Николая. Дипломатические отношения между СССР и Австрией были установлены 25 февраля 1924 г. В 1927 г. правительства двух стран заключили соглашение о передаче бывшей российской дипломатической недвижимости, включая собор, советскому полпредству в Австрии. В протоколе (к советско-австрийскому Соглашению о посольских зданиях от 16 июля 1927 г.) о передаче бывшей русской церкви при Посольстве от 26 июля 1927 г. говорится, что «постройка в течение 13 лет не отапливалась и не проветривалась». По этому протоколу австрийское правительство передало церковь правительству СССР через его представителей – секретаря консульской части Полпредства в Вене Блуменфельда, заведующего  финансовой частью Крэбса и коменданта экономической части Луца «вместе с участком земли и инвентарём, принадлежащим данной церкви, согласно списку, по которому он был в своё время передан в Вене испанским посольством». В этой связи, за неимением каких-либо документальных доказательств на сей счёт, исследователи предполагают, что до того, как здание церкви перешло в управление австрийского правительства, оно, видимо, ещё до революции 1917 г. было передано под присмотр посольства Испании в Вене. Советское правительство выразило категорическое несогласие с аншлюсом Австрии в марте 1938 г. и предпочло совсем закрыть своё представительство в Вене. По воспоминаниям некоторых современников, ключи от всех зданий советского дипломатического комплекса (в том числе и от храма святителя Николая) якобы были переданы представителям дипмиссии нейтральной Швейцарии, чтобы та осуществляла присмотр за недвижимостью. После нападения Германии на Советский Союз нацисты быстро приняли решение об использовании советской собственности в Австрии. Внешнеполитическое ведомство рейха конфисковало всю недвижимость советской дипмиссии в Вене, включая собор, и взяло её под своё управление. После этого сотрудники венского управления гестапо взломали двери зданий и изъяли интересовавшие их предметы и материалы. Часть советской недвижимости 23 сентября 1941 г. была передана в пользование Имперской высшей музыкальной школы города Вены (ныне – Венский университет музыки и изобразительного искусства), а другая часть – под общежитие для детей школьного возраста, являвшихся членами Гитлерюгенда. Решение принималось венской городской администрацией по согласованию с внешнеполитическим ведомством Германии, правда, с оговоркой, что оно «носит временный характер, поскольку недвижимость по окончании войны, возможно, будет передана будущему русскому государству». В распоряжении фашистской администрации Вены сказано: «Бывшая церковь может использоваться высшей музыкальной школой для организации представлений как по линии музыкальных, так и танцевальных классов, причём общежитие для детей школьного возраста также может располагаться в здании». Передача советского полпредского комплекса состоялась 2 октября 1941 г. В конце августа 1942 г. здание советской дипмиссии осмотрели сотрудники СС, объяснив цель своего визита простым любопытством. Однако обеспокоенное руководство Музыкальной школы поспешило заявить венским городским властям о недопустимости передачи кому-либо занимаемых учреждением помещений. Но уже в сентябре 1942 г. из районного отделения полиции в музыкальную школу поступило уведомление, что здание будет использоваться для размещения бездомных, если таковые появятся в результате авианалётов на Вену. Руководство школы в очередной раз выступило против отчуждения «своей» недвижимости, мотивировав возражения в частности тем, что в помещениях имеется много ценных предметов. Протест подействовал.