Ο Πρωτοβυζαντινός τρουλλαίος ναός του Αγίου Νικολάου, του προστάτη των Ναυτικών, στον όρμο του Καθολικού έχει δώσει το όνομα του σε ολόκληρη την πόλη του Αγίου Νικολάου. Το εκκλησάκι κτίστηκε στην άκρη του ακρωτηρίου Νησί ή Μπουρούνι μετά τον 7ο αιώνα και είναι ένα από τα παλαιότερα στην Κρήτη. Η θέα στην πόλη και στο κόλπο του Μιραμπέλου είναι εκπληκτική. Ο ναός χαρακτηρίζεται από το βαρύ τρούλο, τη μεγάλη αψίδα και τα πολύ μικρά ανοίγματα.
Αρχικά η εκκλησία εικονογραφήθηκε με ζωγραφιές από γεωμετρικά και φυτικά σχήματα (όπως ρόδακες, ρόμβους, ορθογώνια) με ζωηρά χρώματα και σχεδιασμένα με διαβήτη, χωρίς να απεικονίζονται άγιοι. Γι' αυτό η χρονολόγησή του στρώματος αυτού ανάγεται στην πρώτη περίοδο της εικονομαχίας (726-787) ή στον 9ο-10ο αιώνα. Αργότερα, μετά το σεισμό του 1303, η εκκλησία επισκευάστηκε και τοιχογραφήθηκε με αγιογραφίες, που αποτελούν το δεύτερο στρώμα. Διασώζονται ελάχιστα ίχνη τοιχογραφιών αυτής της εποχής, όπως από τις σκηνές του Παντοκράτορα, του Ιωακείμ και Άννας, και της Αναλήψεως
Η τοποθεσία που κτίστηκε ο ναός μόνο τυχαία δεν είναι, καθώς προστάτευε τους ναυτικούς που χρησιμοποιούσαν τον όρμο του Καθολικού ως το κύριο λιμάνι της περιοχής για αρκετούς αιώνες. Στους βενετσιάνικους χάρτες σημειώνεται ως Porto di San Nicolo, δηλαδή Λιμάνι του Αγίου Νικολάου.