La chiesa di San Nicolò l'Arena a Catania è uno dei più grandi edifici di culto cattolico della Sicilia, misurando 105 metri di lunghezza e di larghezza 48 metri le navate e circa 71 metri al transetto, con un'altezza massima di circa 66 metri alla cupola. La sua costruzione è posteriore all'eruzione dell'Etna del 1669 e sostituisce un tempio più antico rinascimentale.

Il primo tempio eretto dai benedettini a Catania venne titolato Sancti Nicolai de Arenis, letteralmente San Nicola dell'Arena poi traslitterato nell'attuale denominazione, e prende spunto dalla devozione dei monaci a San Nicola di Bari e dalla terra chiamata rena rossa che caratterizzò il primo complesso monastico eretto a Nicolosi da cui provenivano i monaci che fondarono il grandioso Monastero di San Nicolò l'Arena. La sabbia rossa delle campagne nicolosite nasce dall'ustione ad elevate temperature della terra, cotta dalla lava in corso di eruzione e conservata dalla stessa. Le sue caratteristiche la rendono un ottimo elemento edilizio, sfruttato nell'architettura etnea fino al XX secolo.

Del primitivo impianto cinquecentesco, inaugurato nel 1578 alla presenza del viceré Giovanni Della Cerda, si hanno sporadiche notizie e appena un cenno nella veduta di Catania del tempo, firmata da Pierre Mortier, in cui si vede appena un gruppo di povere abitazioni nel sito della Cipriana, sede dell'antica giudecca di Catania e dal 1553 proprietà dei monaci nicolositi. L'antica chiesa è presumibile fosse dedicata a San Nicola di Bari, come il medioevale Monastero di San Nicolò l'Arena di Nicolosi e come quello successivo di Catania.

Nel 1669 la struttura soffrì dell'eruzione etnea che colpì il versante occidentale della città, penetrando dalle porte civiche e colpendone i bastioni, tra cui il Bastione del Tindaro, divenuto di proprietà dei benedettini. La chiesa venne ricostruita più a sud del sito originario, a breve distanza dal limite della colata a partire dal 1687 su progetto dell'architetto romano Giovanni Battista Contini (1641-1723).

Il progetto rivela gli intenti funzionali e celebrativi dell'ordine. Da un lato, infatti, l'enorme superficie occupata dall'edificio religioso doveva servire ad accogliere quanti più fedeli possibili durante le feste religiose, soprattutto quella del Santo Chiodo, in settembre; dall'altro, la grandezza e la monumentalità del tempio dovevano evidenziare la potenza e la ricchezza raggiunte dal cenobio catanese, già attestate dal sontuoso chiostro rinascimentale inaugurato nel 1608. L'esempio a cui ispirarsi per concretizzare tutte queste premesse era la Basilica di San Pietro a Roma, di cui non poteva ovviamente non tener conto un architetto romano come il Contini, allievo di Carlo Fontana e di Gian Lorenzo Bernini, nonché principe dell'Accademia di San Luca.

Nel 1693 la fabbrica venne interrotta dal violento sisma che colpì la Sicilia sud-orientale e per quasi trent'anni il cenobio rimase senza chiesa principale, poiché si progettava di spostare la sede del tempio sulla collina Montevergine, ritenuta sede più consona anche per la sua importanza storica. Nel 1730 si riprese il cantiere della Cipriana, e da quella data divenne l'eterno cantiere della città in cui operarono Andrea e Antonio Amato, Francesco Battaglia, Stefano Ittar, Carmelo Battaglia Santangelo.

Si deve a Stefano Ittar, subentrato al suocero Francesco Battaglia dopo che la navata destra nel 1755 aveva subito alcuni cedimenti strutturali, l'innalzamento nel 1780 della grande cupola all'incrocio fra navata e transetto.
La facciata dell'edificio, che nel frattempo cambiò cinque volte progetto fino al definitivo del Battaglia Santangelo, rimase incompiuta: nel 1797 infatti si aprì un contenzioso tra i benedettini e l'impresa che riforniva il convento della pietra per il completamento della facciata. Confiscata dal governo unitario nel 1866, la facciata rimase incompiuta.

Sconsacrata durante l'ultima guerra mondiale e danneggiata dai bombardamenti, successivamente riconsacrata e dal 1989 ritornata ai benedettini, la chiesa è stata oggetto di numerose campagne di restauro e consolidamento, compresi i lavori di restauro della cupola iniziati nel 1999 e conclusi dopo un lungo periodo di stasi solo nel 2012, ma versa ancora in condizioni di degrado.

I riferimenti alla basilica vaticana sono ben riconoscibili: nei pilastri che reggono le navate con le paraste corinzie e i cornicioni plasticamente rilevati; nelle finestre, che riecheggiano motivi prettamente romani; infine, soprattutto nella pianta a croce latina e a tre navate, con transetto e cupola all'incrocio dei bracci, con cappelle laterali e sulle absidi del transetto e un coro sopraelevato molto profondo per accogliere gli stalli dei monaci.

Le navate divise da grandi arcate, con tutte le volte poste alla stessa altezza, con la luce forte e diffusa, proveniente dalle alte finestre, sui lati e in facciata, e ulteriormente accentuata dall'alta cupola, permette di abbracciare con uno sguardo l'intera superficie della chiesa fino all'altare maggiore, con le sole cappelle laterali poco più in ombra, a suggerire una spazialità e monumentalità maggiori. A dare maggior luce alla zona dell'altare è poi la grandiosa cupola dell'Ittar, imponente struttura che domina la città ed è alta all'interno 62 metri.

Dal lato sinistro del transetto si accede alla sacrestia, opera di Francesco Battaglia, e al Sacrario dei Caduti, ricavato in alcuni locali dietro l'abside maggiore e sotto alcune aule del monastero. Il sacrario ospita le lapidi a ricordo dei caduti della Prima guerra mondiale ed è ornato dagli affreschi di Alessandro Abate, fortemente degradati a causa dell'umidità, mentre la sacrestia, con gli stalli lignei settecenteschi e gli affreschi di Giovan Battista Piparo comunica col chiostro orientale da cui prende luce.

Le cappelle laterali sono tutte rivestite di marmi pregiati e di esse, infatti, si occuparono con particolare attenzione i monaci e gli abati del convento, che non solo fecero arrivare marmi da tutta Italia, ma anche per le pale d'altare si rivolsero a pittori non siciliani, o comunque attivi a Roma: Bernardino Nocchi (1741-1812) e Stefano Tofanelli (1752-1812), entrambi lucchesi, Vincenzo Camuccini (1771-1844), romano, Mariano Rossi (1731-1807), originario di Sciacca ma di formazione napoletana e romana, Ferdinando Boudard (1760-1825), di Parma.

La facciata su piazza Dante fu cominciata su progetto di Carmelo Battaglia Santangelo, nipote e allievo di Francesco Battaglia, che aveva vinto il concorso bandito dal cenobio nel 1775. Il progetto, un ibrido tra il tardo barocco siciliano e il più lineare neoclassicismo che trovava sempre più largo consenso anche nell'élite isolana, appare piuttosto freddo, con le otto poderose colonne libere che scandiscono la facciata, i tre grandi portali con le finestre balaustrate soprastanti e il timpano centrale, tutto elaborato in una scala grandiosa che non ha eguali in città e che si adegua alle dimensioni altrettanto grandiose della stessa chiesa. Complici i problemi tecnici che la costruzione comportava e la precaria situazione finanziaria dei monaci, più inclini a render maggiormente comodi e sfarzosi gli ambienti del monastero e la vita che vi si conduceva, piuttosto che la loro chiesa, la facciata fu innalzata solo parzialmente lasciando le colonne a metà e il tutto privo della trabeazione di coronamento con un timpano al centro, prevista dal progetto. Nel 1796, l'architetto firmava il finestrone centrale, ma a quel punto i lavori venivano interrotti definitivamente.

Il presbiterio a la zona absidale ospitano il grande altare, gli stalli lignei del coro scolpiti dal palermitano Nicolò Bagnasco e il grande organo di Donato Del Piano. Del Piano lavorò per dodici anni a questo enorme strumento con 2.378 canne in legno e lega di stagno, sei mantici, cinque tastiere e settantadue registri, che poteva riprodurre qualsiasi strumento musicale ed essere suonato in contemporanea da tre organisti. Rimasto in funzione fino ai primi decenni del XX secolo, l'organo attraversò poi un periodo di totale abbandono, ulteriormente aggravato dai bombardamenti alleati del 1943, che danneggiarono la chiesa. Fu solo nel 1998 che, con decreto ministeriale, furono stanziati i fondi necessari al restauro, operato dalla ditta organaria Mascioni e protrattosi fino al 2004.

Nel transetto si trova la grande meridiana che due famosi astronomi, il tedesco Wolfgang Sartorius von Waltershausen e il danese Christian Peters tracciarono sulla pavimentazione a partire dal 1839. In realtà, già da molto tempo si pensava a dotare la chiesa di una meridiana, ma i progetti precedenti patrocinati da vari abati non riuscirono ad andare in porto e fu solo con l'abate Giovan Francesco Corvaja che la meridiana fu effettivamente realizzata. Grandi furono le lodi che ricevette quest'opera al suo completamento nel 1841, tanto per le dimensioni quanto per il valore dei materiali e delle finiture, ma soprattutto per la precisione ed arditezza dei calcoli; si disse infatti che essa spaccava il secondo. Lo gnomone, ossia il foro praticato sulla volta del transetto è posto a 23 metri, 91 centimetri e 7 millimetri di altezza, mentre sulla fascia marmorea, il cui tracciato si estende per circa 40 metri tra le due cappelle di San Benedetto da Norcia e San Nicola di Bari alle due estremità del transetto, sono segnate le ore, i giorni e i mesi, nonché i segni zodiacali e varie iscrizioni che forniscono notizie sull'opera, sui suoi ideatori, sull'interpretazione corretta di tutti i dati, sui rapporti tra le varie unità di misura in uso al tempo.

Fede e Scienza, Religione e Tecnologia camminano da sempre assieme in Sicilia. Massimi cultori delle scienze astronomiche quasi sempre appartenenti agli ordini religiosi, luoghi deputati al culto raccolgono il frutto di meticolosi studi che pongono l'isola in primo piano per la presenza e numero di meridiane a camera oscura funzionanti in Italia.

L'elenco dei siti ospitanti le installazioni: la Cattedrale di Maria Santissima Annunziata di Acireale, la Scuola Tecnica Regia di Caltanissetta, la Chiesa dei Santissimi Apostoli Pietro e Paolo di Castiglione di Sicilia, il Duomo di Santa Maria Assunta di Castroreale, la Chiesa di San Nicolò l'Arena di Catania, la Basilica Cattedrale Protometropolitana della Santa Vergine Maria Assunta di Messina, il Duomo di San Giorgio di Modica, la Cattedrale Metropolitana della Santa Vergine Maria Assunta di Palermo.