La prima notizia di una chiesa dedicata a “Sanctu Nicola de Thatari” si trova nel Condaghe di San Pietro di Silki risalente ai primi del secolo XII. Dopo la metà del XIII venne edificato un tempio di stile romanico-pisano, del quale rimangono la parte inferiore del campanile e un tratto di muro nella sagrestia aragonese. La traslazione canonica della sede metropolitana da Turris a Sassari, avvenuta giuridicamente nel 1441, pose il problema di una nuova cattedrale. Il progetto di riedificazione andò in porto solo nel 1480.
L’edificio romanico, del quale resta soltanto il campanile, venne abbattuto quasi per intero e al suo posto venne edificato l’attuale in stile gotico catalano. Il complesso si presenta innalzato su pianta ad unica navata e divisa in due campate maggiori e una minore. All’incrocio col transetto si erge la cupola. Nel retro dell’altare, in un ambiente in parte coevo alla costruzione e in parte tardivo (XVIII sec.), si trova il coro, pregevole opera lignea di ebanisti sassaresi della seconda metà del secolo XVII. Lungo la navata si aprono quattro cappelle per parte. Originariamente avevano volte a crociera ed erano collegate con apertura ad arco a sesto acuto.
L’imponente facciata barocca, di notevole impatto ornamentale, venne innalzata i primi del XVIII secolo e sostituì quella gotica a capanna con rosone e tre aperture ad archi a sesto acuto, una centrale e due minori laterali. Il complesso ospita la sezione “Ori, Argenti e Paramenti” del Museo Diocesano di Sassari, mentre all’interno della chiesa si ammirano la tavola trecentesca della Madonna col Bambino, il coro ligneo e il mausoleo funebre neoclassico del Conte di Moriana.
