Каменный храм в псевдовизантийском стиле был построен как городское культовое и одновременно фортификационное сооружение семьей католика Стефана Потоцкого и его жены Марии Амалии Могилянки, исповедовавшей православие. Собор украшен родовым семейным гербом. В периоды, когда жителям Бучача приходилось обороняться от врагов, окна церкви превращались в бойницы, а сам храм - в неприступную крепость. Стремление отразить общий оборонный стиль всего комплекса нашло свое отражение и в выстроенной позже квадратной колокольне, которая завершила архитектурный ансамбль. Одновременно с колокольней перед центральным входом была сооружена деревянная пристройка перед молитвенным залом, соединившая основное здание с оборонной стеной. В 20-х годах прошлого столетия, когда Бучач принадлежал польским землям, специально для Николаевской колокольни были изготовлены новые колокола. Интересно, что даже в советский период церковь продолжала оставаться действующей.