Un chapitre est fondé à Pujols en 1526 sous le titre de Notre-Dame et Saint-Pierre, par Jean d'Esclamat, baron de Pujols, et sa femme, Catherine de Lévis-Châteaumorand, avec Vincent Bilhonis, doyen, et 6 chanoines. Selon Joly, la collégiale est bâtie vers 1547 par le baron de Pujols ; elle comporte trois tribunes accessibles depuis le château, le doyenné ou le clocher, et deux chapelles latérales. Elle prend le vocable de Saint-Nicolas, après la démolition de Saint-Nicolas le Vieux en 1561. Le remplacement du chemin de ronde au nord par une forte corniche date vraisemblablement de la fin du 16e ou du début du 17e siècle. Le clocher, établi dans l'ancienne porte de ville, et la toiture, sont restaurés en 1822 par l'architecte villeneuvois Delbrel fils. En 1880, l'abbé Gerbeau fait des fouilles sous le choeur et trouve une crypte. Les contreforts et les voûtes du choeur sont refaits au 19e siècle.