Николаевский храм во Владычной слободе был восьмым каменным храмом в городе. Однако, поскольку более ранние церкви, такие как Иоанна Предтечи и Знамения Божией Матери в Дюдиковой пустыни, а также храмы Свято-Духова монастыря и Кирилло-Иоанно-Богословская Семинарская церковь на Соляном дворе не сохранились, этот храм стал третьим по древности после Софийского собора и холодной церкви Димитрия Прилуцкого на Наволоке. Это не учитывая храмы Спасо-Прилуцкого монастыря, которые вошли в черту города в 1993 году.

В 1781 году приход Николаевского храма был третьим по величине в Вологде, насчитывая 72 двора. К 1892 году он стал вторым по численности прихожан, достигнув 847 человек.

В феврале 1930 года храм был закрыт, а колокола сняты. Сначала в нём разместили высланных из средней и южной части СССР «кулаков», затем здание использовалось как завод игрушек и валенная фабрика. В начале 1990-х годов при храме была создана община, начался сбор средств на его восстановление. В ходе реставрации церкви Николая Чудотворца установили новые купола и обновили кирпичную кладку внутри.

Сегодня в Николо-Владычненском храме хранятся мощи Святителя Антония, епископа Вологодского и Великопермского, перенесённые сюда из Софийского собора 26 сентября 1998 года.

Храм выделяется среди других построек того времени в Вологде своими большими размерами, пятью световыми барабанами и двустолпным строением. Он также имеет высокий подклет, внешний декор, двухапсидность и перестроенную в XVIII веке колокольню, что делает его типичным посадским храмом Вологды второй половины XVII века.

Г. К. Лукомский описывал храм так: «Церковь св. Николая во Владычной слободе представляет собой очень высокий куб, увенчанный пятью куполами, которые тесно и красиво расположены. Формы блестящих, упругих, луковичных глав хороши, а барабаны украшены арочным поясом с колонками, как в Иоанновской церкви в Дюдиковой пустыни». Декоративизм фасадов выражен в больших закомарах, отделенных от стен карнизом. В начале XX века здесь были живописные клейма с изображением двунадесятых праздников. Стенной живописью украшены и всходы в верхний храм. Трапезная, примыкающая к церкви с запада, соединяет храм с изящной ярусной колокольней, построенной в середине XVIII века. Её стройный столп состоит из четверика, высокого восьмигранного яруса со звоном и двух небольших восьмериков, завершенных главкой. Такие ярусные колокольни, заменившие в XVIII веке древнерусские шатровые, были характерны для архитектуры Вологды и других северных городов России того времени. Самый тяжёлый колокол на колокольне, весом 2 тонны, был отлит в 1782 году в Москве мастером Асаном Струговщиковым.

Алтарная часть подклетного этажа интересна тем, что сильно выдаётся к востоку и заканчивается двумя полукружиями апсид, что характерно для ряда вологодских храмов, таких как церковь Константина и Елены, тёплая Димитрия Прилуцкого и Успения Божией Матери.

Интерьер Никольского храма выполнен в стиле барокко. Стенную роспись заменяла богатая орнаментальная лепка, покрывавшая своды, арки и столбы. В церкви находился иконостас в стиле Людовика XVI, сочетающий живопись, скульптуру и деревянную резьбу.