Церковь впервые упоминается в источниках второй половины XVI века как расположенная в Муроме за городом, напротив Николы Мокрого. Согласно преданию, деревянный храм во имя святого Николая Чудотворца был построен по указу Ивана Грозного, посетившего Муром перед походом на Казань. В XVI веке храм имел два придела: мученика Феодора Стратилата и святых Косьмы и Дамиана. Рядом находилась деревянная церковь в честь преподобных Зосимы и Савватия Соловецких. Николо-Набережная церковь также упоминается в Писцовой книге Мурома 1636-1837 годов как "государево строение". В 1700 году началось строительство каменного Никольского храма, инициированное московским священником Дмитрием Христофоровым в память о его отце, протоиерее Христофоре. В 1707 году была получена грамота на строительство, и в 1714 году в новой церкви был установлен иконостас. В 1717 году муромский иконописец Александр Казанцев создал для храма изображения двенадцати сивилл, предсказавших рождение Иисуса Христа. В том же году храм был освящён. В 1803 году к храму пристроили трапезную с приделом Сошествия Святого Духа, а в 1847 году появился новый придел в честь священномученика Власия, покровителя животных, так как среди храмоздателей были купцы Суздальцевы-Ушаковы, торговавшие скотом. Церковь закрыли в 1940 году, а в 1950-1960-х годах в ней размещалась птицефабрика. В конце 1960-х годов здание передали городскому музею, который планировал создать в нём экспозицию о реке Оке и выставку деревянной скульптуры. В последующие годы храм пустовал. В 1991 году церковь передали Владимиро-Суздальской епархии для возобновления богослужений. 9 июля 1993 года в храм перенесли мощи святой праведной Иулиании Лазаревской, ставшие его главной святыней. До революции в церкви находилась почитаемая икона XIV века Николая Чудотворца, которая теперь принадлежит Муромскому музею.

Никольский храм является примером местной интерпретации "московского барокко", что проявляется в его декоре, тогда как пятиглавая структура остаётся традиционной. Необычным является лишь купольное завершение колокольни с круглыми окнами. За всё время существования храм не перестраивался из-за бедности прихода. Резной иконостас сохранялся в первозданном виде до 1960-х годов. Церковь Николая Чудотворца традиционно строилась у воды, так как святой Николай почитался как спаситель утопающих и покровитель путешествующих. В период весеннего паводка, когда воды Оки подступают к холму, на котором стоит храм, муромляне говорят: "У Николы ноги мокрые".