Крестовоздвиженский собор был заложен 12 сентября 1905 года — в праздник перенесения мощей Святого праведного Симеона Верхотурского. Строительство собора было обусловлено тем, что все существующие храмы уже не могли вместить всех желающих. Освящение собора и перенос в него мощей Симеона Верхотурского состоялись 11 сентября 1913 года, во время празднования 300-летия династии Романовых. В Крестовоздвиженском соборе, над серебряной ракой с мощами Праведного Симеона была воздвигнута сень, подаренная монастырю императорской семьей. Сень была вызолочена под старое золото с серебряной надписью: «Сия сень сооружена к мощам Симеона Праведного в Верхотурский Николаевский монастырь иждивением и любовью Благочестивейшего, Самодержавнейшего, Великого Государя Императора Николая Александоровича, Благочестивейшей Государыни императрицы Александры Федоровны, наследника цесаревича Алексея Николаевича и Благоверных Великих княжен Ольги, Татьяны, Марии, Анастасии Николаевен в лето от Рождества Христова 1914 мая 25».
Крестовоздвиженский собор стал одним из самых больших храмов в России. Он способен был одновременно вместить около 4000 человек. Величественность собора как будто подтверждала значение Верхотурья в православной жизни России. Воображение современников поражала красота его убранства. Купола собора были покрыты гладким листовым цинком с накладными рустами. Его центральный иконостас был изготовлен из фаянса на московской фабрике М.С. Кузнецова.

В 1919 году в Верхотурье была установлена советская власть, а годом позже, по настоянию органов губернской власти в Крестовоздвиженском соборе состоялось вскрытие мощей Святого Праведного Симеона Верхотурского. В 30-х годах Крестовоздвиженский собор был окончательно закрыт для верующих. Варварский был разбит его фаянсовый иконостас. Были предприняты попытки переоборудования помещения храма под кинотеатр, а позднее, для нужд колонии для несовершеннолетних преступников, расположившейся на территории монастыря.
В 1990 году Свято-Николавеский монастырь был возвращен Православной церкви. Сегодня храм снаружи восстановлен полностью. Роспись в храме пока отсутствует, так как бетонное покрытие стен должно высохнуть прежде, чем на него можно было наносить роспись. Мощи Святого Симеона Верхотурского главное , что ведет сюда многих паломников. Рядом с мощами находится альбом с отзывами чудесно вылечившихся прихожан с фотографиями.