Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts wurden in Russland, einschließlich Sibirien, zahlreiche Kirchen und Klöster zu Ehren des Heiligen Nikolaus erbaut. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts setzte der Bau solcher Kirchen fort, und Barnaul bildete da keine Ausnahme. In dieser Zeit wurden in der Stadt die Pokrowskaja-Kirche in der Zaychanskaya-Sloboda, die Dreifaltigkeitskirche im Hochland, die Kirche der Erhebung des Heiligen Kreuzes, die jetzt ein Planetarium ist, sowie Kirchen zu Ehren des Ikone der Gottesmutter von Kasan und des Heiligen Innocentius von Irkutsk auf dem Gelände des Frauenklosters errichtet. Es wurden hölzerne Kirchen in der Ostrozhny-Gasse und im Gefängnisbau errichtet. Die Straßen der Stadt wurden mit mehreren Kapellen geschmückt, die nach Entwürfen des Architekten Ivan Nosovich geschaffen wurden, darunter eine hölzerne Kapelle an der Quelle des Heiligen Nikolaus.

In der zentralen Straße von Barnaul, dem Moskau-Prospekt, entstand die Soldaten-Nikolai-Kirche. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts gab es die Regel, dass an Standorten mit einer Anzahl von russischen Truppen von mindestens einem Bataillon Soldatenkirchen gebaut werden sollten. In Barnaul war ein Schützenregiment stationiert, und für den Bau der Kirche stellte das Militärministerium 36.000 Rubel zur Verfügung, während das Projekt einer Ziegelkirche für 630 Personen von Kaiser Nikolaus II. genehmigt wurde.

Am 18. April 1903 stellte die Stadtverwaltung ein Grundstück für den Bau der Kirche an der Ecke des Moskau-Prospekts und der Zweiten Altai-Straße zur Verfügung. Im Frühjahr 1904 fand die Weihe des Grundstücks und der Grundsteinlegung statt. Der Bau ging schnell voran, dank der Finanzierung und der Beteiligung von Soldaten und Einheimischen. Im Dezember desselben Jahres waren die Wände und das Dach fertiggestellt, und im Februar 1906 wurde die Kirche geweiht. Hier legten die Rekruten ihren Eid ab, und die Einheimischen besuchten die Kirche zum Gebet.

Die Nikolai-Kirche war von allen Seiten sichtbar, und auf ihrem Gelände fanden Volksfeste statt, wie die Feier des 100. Jahrestages der Schlacht von Borodino und das 300-jährige Jubiläum des Hauses Romanow. In den 1930er Jahren erging es der Kirche wie vielen anderen: Der Glockenturm und die Kuppel wurden zerstört, und das Gebäude wurde als Soldatenclub genutzt. 1992 wurde die Kirche an die Russische Orthodoxe Kirche zurückgegeben, und die Gottesdienste wurden wieder aufgenommen.

Leider wurden alle Wandmalereien und Ikonen zerstört, aber die Kirche bewahrte einige alte Ikonen, darunter das Bild der Heiligen Gottesmutter, das vor der Zerstörung gerettet wurde. In der Kirche befindet sich auch eine Glocke, die 1903 gegossen wurde. Die Nikolai-Kirche wird allmählich restauriert: Die Innenmalerei ist abgeschlossen, ein neuer Ikonostase wurde installiert, und ein Glockenturm wurde gebaut. Der Bau einer Kuppel zur Verbesserung der Akustik ist geplant.

Am 4. Juni 2006 feierte die Kirche ihr hundertjähriges Jubiläum. Am Vorabend des Festes installierten Arbeiter die Kuppelzylinder auf den Turm. Am 21. Mai 2007 weihte Bischof Maxim die neuen Kreuze für die Kirche.