Den første kirke i Nakskov var en trækirke fra omkring år 1000 e.Kr. Kun stolpehullerne i den bare mark er blevet afdækket ved et udgravnings arbejde i 50´erne.
Den første teglstenskirke fra omkring 1240 er en del af den nuværende kirke, som dækkes af centralhvælvingen over døbefonten. Det var en lille kompakt romansk kirke med to højtsiddende romanske vinduer i hver side. Den havde et flat træloft. Oven over hvælvingerne ses stadig den rektangulære bygning meget tydeligt - og de fire romanske vinduer, som nu er blændet.
I 1400-tallet påbegyndtes den nuværende katedrallinende kirkebygning, som er opført i gotisk stil. Korvælvet er placeret en smule "skævt" i forhold til midteraksen. Ifølge historikere skyldes dette et karakteristisk træk fra den hellige Birgitta af Vadstena. Hun lod Kristi død afspejle i arkitekturen på denne måde, at (hoved-) alteret hælder lidt til siden - på samme måde som Kristi hoved i døden! (se grundplan)
Kirkebygningen er opført af håndstrøgne hårdt brændte teglsten - de såkaldte munkesten. Ved restaureringer forsøger man at fremskaffe kopier - men slet ikke i den kvalitet, som kunne fremstilles i middelalderen.
Kirkebygningen stod færdig i 1607, hvorefter man i løbet af det næste halve århundrede måtte anskaffe kostbart inventar: prædikestol (1630), orgel (1648) og alter (1657). Oprindeligt har der over for prædikestolen været en slags kongeloge højt hævet over gulvet. Døren til logetrappen findes på Stiftsmuseet i Maribo.
Skt. Nikolai kirke er berømt for den store kanonkugle, som den 19. juni 1659 blev indskudt af de svenske tropper. Under kirkens omfattende restaurering (1990-98) fandt man under alteret den ligsten som kanonkuglen ramte, hvorved stenen flækkede i to dele. Den fornemste del er nu hængt op i kirken over for kanonkuglen. Gravstenen blev i 1629 anbragt foran altret for mindes den navnkundige præst Anders Pedersen Perlestikker.
Nakskov er en søfartsby med Danmarks ælste skibsværft! I lighed med mange andre søfartsbyer er byens kirke opkaldt efter de søfarendes skytshelgen, Nicolaus. Derfor hedder den også Skt. Nikolai kirke.