La iglesia barroca de San Nicolás es considerada una de las más veneradas entre los feligreses, ya que a lo largo de su historia de tres siglos solo estuvo cerrada durante tres años. El templo resistió durante la ocupación alemana y las batallas por la liberación de la ciudad. Su predecesora de madera tuvo una gran importancia para el estado y la política, ya que en ese momento era necesario poner fin a la Confusión y a los rumores sobre la salvación del príncipe Dmitri. En la iglesia había muchas imágenes del príncipe fallecido, y se le recordaba con frecuencia. La iglesia fue construida con fondos estatales por orden de Mijaíl Fiódorovich, quien le otorgó al templo significativas tierras. Sin embargo, la iglesia de madera se quemó en 1703, al igual que muchas otras construcciones de la época. Tras la toma de Azov por Pedro I, la construcción naval en el río Vorónezh entró en declive, y la ciudad fue abandonada por especialistas extranjeros. A principios del siglo XVIII, la ciudad recibió a muchos funcionarios, militares y habitantes de los territorios de Azov, que fueron entregados al enemigo, y necesitaban templos. El santo Mitrofán ordenó construir cerca del lugar donde se había quemado la iglesia de Dimitri una nueva iglesia de piedra, la tercera en Vorónezh. En cinco años se recaudaron fondos y se encontraron maestros, y para 1720 la construcción fue completada. El nuevo templo fue consagrado en honor al santo Nicolás, arzobispo de Mira de Licia.

En mayo de 1748, la iglesia sufrió un gran incendio, pero resistió, aunque perdió gran parte de su decoración interior. El edificio fue reparado, añadiendo un altar en honor al gran mártir Dimitri de Salónica, y más tarde se le añadió un campanario. En 1831, Vorónezh sufrió una epidemia de cólera que se llevó la vida de uno de cada seis habitantes. La epidemia cesó rápidamente, y los ciudadanos lo asociaron con las oraciones en la iglesia de Nicolás ante la imagen de la Madre de Dios de Tolga. Después de esto, la imagen fue llevada por las calles de la ciudad, y los creyentes fueron sanados. En honor a esta imagen, se organizó un nuevo altar en la iglesia. Desde 1881, en la iglesia funcionó una administración parroquial, aunque el clero era pequeño: un sacerdote, un diácono y un salmista. Se sabe que antes de la revolución de 1917, aquí servía el sacerdote Fiódor Lukin. Los miembros del clero vivían cerca de la iglesia en casas parroquiales. A pesar de su escasez, el clero ayudó activamente durante la Guerra Ruso-Japonesa y la Primera Guerra Mundial, realizando oraciones por la victoria del ejército ruso y recolectando donaciones para el ejército y las familias de los caídos y heridos.

En la época soviética, la sede de los obispos renovacionistas de Vorónezh se encontraba en la catedral de la Anunciación del monasterio de Mitrofán, y luego se trasladó a la iglesia de Nicolás. Los feligreses exigieron el regreso de la iglesia al seno de la verdadera Iglesia. Pronto, los bolcheviques se desilusionaron con el movimiento renovacionista, y la iglesia fue cerrada, pero no por mucho tiempo. Durante la Gran Guerra Patria, las puertas de la iglesia de Nicolás fueron las primeras entre los templos de Vorónezh en abrirse nuevamente para los creyentes en 1942. Después de la liberación de Vorónezh, los servicios religiosos se reanudaron y desde mayo de 1943 no se han detenido.