Внутри пирамиды устроен крес-товокупольный храм византийского стиля. Его интерьеры расписаны художниками М.Н. Васильевым, А.Д. Литовченко, А.Е. Карнеевым, мраморный иконостас выполнил профессор скульптуры из Каррары итальянец Венцето Бонани, бронзовые и литейные работы - французский подданный Адольф Моран, орнаментированную живопись с позолотой - швейцарец Рафаэль Изелла. В нижней части храма вмонтированы 38 серых мраморных досок. На них нанесены 943 погибших и умерших от ран генералов, адмиралов, штаб- и обер-офицеров. Они представляют как бы открытую поминальную книгу, по которой каждый может молитвенно помянуть имена тех, кто отдал свою жизнь, отстаивая Севастополь. В 1887-1893 годах по картонам М.Н. Протопопова и картинам-копиям М.Н. Васильева, А.Е. Карнеева и И.К. Макарова в мастерской Антонио Сальвиати выполнили мозаику, заменив фрески.
В годы второй мировой войны храм сильно пострадал, была разрушена его верхняя часть, крест при падении раскололся на три части. Получили повреждения мемориальные доски, из 644 квадратных метров площади мозаичной живописи было утрачено более половины - 357. К восстановительным работам приступили в июне 1968 года, завершив их в 1971 году. А реставрация храма-памятника продолжается по сей день. 19 декабря 1988 года, в день Святого Николая Чудотворца, храм был освящён, и после шестидесятилетнего перерыва в нём провели службу.
В 1994 году храм передали православной общине. В том же году над центральным порталом вновь засиял лик Христа Спасителя, выполненный в реставрационном центре Загреба под руководством художника Драгана Докича. А через два года над восточным порталом появилась, взамен утраченной, мозаичная роспись «жены-мироносицы», выполненная по рисунку Г.Я. Брусен-цова. Усилиями настоятеля храма протоиерея Георгия Полякова и старосты И.П. Логвинова продолжается возрождение исторической и православной святыни. В храм пришли мощи Св. Климента, Преподобного Сергия Радонежского и его родителей - Кирилла и Марии, Николая Угодника, Георгия Победоносца, Андрея Первозванного, Святого Луки - архиепископа Симферопольского и Крымского Луки (Войно-Ясенецкого), Св. Праведного воина Феодора Ушакова, Св. Силуана Афонского, святых - преподобных отцов Киево-Печерской лавры... Возле Свято-Никольского храма общиной организован небольшой храмовый погост. На нём погребены: священник Свято-Никольского храма отец Николай (Кравец), скончавшийся в марте 2003 года; монахиня Евфимия (1927-1995 гг.); В.А. Титоренко (1926-1998 гг.); А.А. Краснопер (1968-2001 гг.); Е.Г. Кабанов (1967-2002 гг.)... останки трёх воинов суворовских времён, обнаруженные 7 апреля 2002 года при закладке часовни в честь «Новому-чеников российских» в районе бывшей тридцатой береговой батареи.
Сегодня храм Св. Николая, у которого развевается Андреевский флаг, стал одним из центров духовной жизни горожан и моряков Черноморского флота. Он привлекает обретёнными мощами святых-угодников, уникальностью формы, своей историей и, безусловно, притягивает многих своей таинственностью и тайнами его подземелий. О том, что они существуют, знали давно. По одному из них, самому короткому, ведущему в бывший дом настоятеля, довелось пройти и автору этих строк. Но есть и другие, по крайней мере, два - в сторону памятника Тотлебену (о нём мне говорили те, кто восстанавливал храм) и к Севастопольской бухте. По мнению писателя В.В. Воронина, в своё время горного инженера, пытавшегося проникнуть в тайну Свято-Никольских подземных коммуникаций, тоннели храма вели к Бельбекской группе батарей, к кадетскому корпусу в Голландии, в район 30-й батареи и ... под Севастопольской бухтой - к храму Св. Владимира - усыпальнице адмиралов. Фантастично, но тоннели есть, и они действительно куда-то проведены, они существуют и, видимо, никогда не раскроют тайны.
А Свято-Никольский храм стал неотъемлемой частью исторически сложившегося ландшафта приморского города. Как столицу России невозможно представить без Кремля, Петербург без Исаакиевского собора, Киев - без Киево-Печерской лавры, так и Севастополь немыслим без доминирующего в архитектурно-пространственной композиции Северной стороны храма Св. Николая.
