Село Троекурово, известное с XVI века, также называлось Хорошево и Никольское. Последнее имя связано с первой деревянной церковью святого Николая Чудотворца, точная дата постройки которой неизвестна. В 1646 и 1648 годах при князе Иване Федоровиче Троекурове, родственнике Романовых, была возведена новая деревянная церковь с тем же посвящением. Впоследствии на средства Бориса Ивановича Троекурова в 1699 и 1706 годах был построен каменный храм, который позже дополнили колокольней.

Церковь была возведена в стиле, характерном для начала XVIII века, с ориентацией на европейскую архитектуру, однако имя архитектора не сохранилось. Фасады украшены белокаменными элементами, а в 1745 году вместо старой шатровой колокольни была пристроена прямоугольная трехъярусная.

Около 1934 года церковь закрыли, чтобы разместить в ней клуб для рабочих кожевенного завода и жителей окрестных деревень. Внутреннее убранство, включая иконостас, было утрачено, а главы храма и колокольни разобраны. Позже здание передали «Совэкспортфильму», который использовал его как склад кинолент. В 1970-х годах бывшее село Троекурово и остатки усадебного дома были уничтожены, остались только измененное здание Никольской церкви и некоторые части усадебного парка. Восстановление храма началось в 1991 году, когда возобновились богослужения и стартовала реставрация. Здание вновь увенчали главами и крестами, продолжается работа над восстановлением интерьеров.