Первое упоминание о селе датируется 1835 годом, когда началось строительство Николаевского укрепления. Казаки и солдаты возвели жилые здания, склады и здания станичного управления. Для защиты от набегов кочевников вокруг поселка выкопали глубокий ров и возвели высокий земляной вал. Однако этого оказалось недостаточно, и казаки приступили к строительству крепостной стены. Она была высокой и прочной, с угловыми башнями. В 1847 году построили церковь, названную в честь святого Николая, и это название распространилось на село.

Церковь была кирпичной, снаружи имела крестообразную форму с центральными и боковыми выходами. Высота здания от земли до карниза составляла 15-17 метров, штукатурка была известковой. В центре верхней части после карниза сооружение завершалось кирпичным сводом, на котором располагался центральный купол из деревянной конструкции, покрытый кровельным железом и увенчанный крестом высотой около 6-7 метров. Кроме большого купола, по бокам находились три малых купола и купол для колоколов. На стенах свода были живопись и надписи. На противоположной стороне от центрального входа находились хоры и клирос, оформленный деревом. Пол был деревянным.

Казаки с любовью заботились о своем храме, и, по словам старожилов, по красоте и богослужениям он не уступал городским. Удаленность села от крупных населенных пунктов помогла сохранить здание церкви в тяжелые времена, и службы в ней продолжались еще несколько десятилетий при советской власти.

В 1950-1960-е годы Николаевская церковь находилась в ужасном состоянии, так как ее использовали как склад для зерна. Однако иконы и покрытые сусальным золотом купола сохранились до 1985 года. В 1985 году приехавшие "реставраторы" сняли покрытие куполов и начали восстановление, но так его и не завершили. Ситуация усугубилась двумя пожарами внутри здания. Внешний фасад еще сохранял видимость благополучия, хотя купола были облезлыми и покрыты оцинкованным металлом, а внутри все выглядело плачевно.

Замечательный архитектурный памятник XIX века был реставрирован в 1990 году. По распоряжению Министерства культуры РФ и Госкомимущества от 16 июля 1996 года здание Николаевской крепости с церковью в селе Николаевка Варненского района было передано в бессрочное безвозмездное пользование Челябинской епархии Русской Православной Церкви.