Здание возводили, используя более древнюю кладку врат и одиннадцатиметровую крепостную стену, которую не смогли разрушить даже польские пушки. 

В соборе находится чудотворный образ Николы Можайского, и он тоже необычный. Это не икона, а деревянная скульптура. Она изображает святого с поднятым мечом в правой руке и храмом в левой. Предание гласит, что во время одной из осад Можайска Святитель Николай именно так явился в небе, и враг, увидев чудо, бежал. В течение двух веков после этого Можайск ни разу не был покорен врагами. Ныне святыня хранится в Третьяковской галерее, в храме осталась копия.

Рядом с Ново-Никольским собором на холме сохранился памятник архитектуры ХIХ века — Старо-Никольский, или Петропавловский собор. Он выстроен в 1849 году из кирпича и белого камня взамен обветшавшего белокаменного собора кн. Андрея Можайского.