A finales del siglo XIX, en Rusia, incluyendo Siberia, se construyeron numerosos templos y monasterios en honor al Santo Nicolás. A principios del siglo XX, la construcción de tales iglesias continuó, y Barnaúl no fue la excepción. En este tiempo, se levantaron la iglesia de la Protección en el barrio de Zaychanskaya, la iglesia de la Trinidad en la parte alta, el templo de la Elevación de la Cruz del Señor, que ahora es un planetario, así como las iglesias en honor a la imagen de la Virgen de Kazán y al Santo Inocencio de Irkutsk en el territorio del monasterio de mujeres. Se construyeron templos de madera en el callejón Ostruzhny y en el castillo de la prisión. Las calles de la ciudad fueron adornadas con varias capillas, diseñadas por el arquitecto Iván Nosovich, incluyendo una capilla de madera en la fuente de San Nicolás.

En la calle central de Barnaúl, el bulevar Moscú, apareció la iglesia militar de San Nicolás. A principios del siglo XX, existía una regla que estipulaba que en los lugares de despliegue de tropas rusas con un número no menor a un batallón se debían construir iglesias militares. En Barnaúl se encontraba un regimiento de fusileros, y para la construcción de la iglesia, el ministerio de guerra asignó 36,000 rublos, y el proyecto de la iglesia de ladrillo para 630 personas fue aprobado por el emperador Nicolás II.

El 18 de abril de 1903, la Duma de la ciudad asignó un terreno para la construcción de la iglesia en la esquina del bulevar Moscú y la Segunda Calle de Altai. En la primavera de 1904 se realizó la consagración del lugar y la colocación de la primera piedra. La construcción avanzó rápidamente gracias al financiamiento y la participación de soldados y habitantes locales. En diciembre de ese mismo año, se completaron las paredes y el techo, y en febrero de 1906, la iglesia fue consagrada. Aquí prestaban juramento los reclutas, y los habitantes locales visitaban la iglesia para orar.

La iglesia de San Nicolás era visible desde todos los lados, y en su territorio se celebraban festividades populares, como la conmemoración del centenario de la batalla de Borodinó y el tricentenario de la dinastía Romanov. En la década de 1930, la iglesia sufrió el destino de muchas otras: el campanario y la cúpula fueron destruidos, y el edificio se utilizó como club militar. En 1992, la iglesia fue devuelta a la Iglesia Ortodoxa Rusa, y se reanudaron los servicios religiosos.

Desafortunadamente, todas las pinturas y los íconos fueron destruidos, pero el templo conservó algunos íconos antiguos, incluyendo la imagen de la Santísima Virgen, salvada de la destrucción. En el templo también se encuentra una campana, fabricada en 1903. La iglesia de San Nicolás se está restaurando gradualmente: se ha completado la pintura interior, se ha instalado un nuevo iconostasio y se ha construido un campanario. Se planea la construcción de una cúpula para mejorar la acústica.

El 4 de junio de 2006, el templo celebró su centenario. La víspera de la festividad, los trabajadores instalaron los tambores de la cúpula en la torre. El 21 de mayo de 2007, el obispo Maxim consagró nuevas cruces para la iglesia.