Историк XIX века А.П. Синдеев считал, что церковь во имя святителя Николая Чудотворца была построена одновременно с Соборной-Богоявленской в год основания крепости Оскол в 1593 году. В Малом остроге, позже известном как Нижняя площадь, к юго-западу от Собора располагался деревянный храм во имя святого Николая с приделом во имя мученицы Параскевы, прозванной Пятницей. Земли церкви находились за рекой Оскол в сторону Чуфичевского леса, а земли дьячка, пономаря и просфирницы были в общем наделе с приходскими священниками.

Архивы сообщают, что в 1616 году город был сожжен «воровскими черкасами», и Свято-Никольский храм также пострадал. Черкасы, украинские казаки, увели в плен двух сыновей старшего священника Кондратия, Кузьму и Ивана. После этого храм был отстроен за пределами крепости, напротив западных ворот, примерно на месте нынешнего кинотеатра «Октябрь».

А.П. Никулов предполагает, что во время пожара в Осколе в 1628 году храм не пострадал, так как он упоминается в окладных книгах.

В 1802 году на новом месте, в центре города, на горе (где сейчас находится стадион школы №5), был построен новый двухэтажный кирпичный Казанско-Николаевский храм. Землю под строительство пожертвовал купец Николай Деев. В 1830 году планировалось возвести отдельно стоящую колокольню значительной высоты, как у Богоявленского собора. Пожар 1848 года сильно повредил колокольню и здание церкви. Летом 1862 года новый пожар нанес серьезные повреждения Казанско-Николаевскому храму, особенно его верхнему этажу. В 1863 году был восстановлен нижний этаж, а 17 декабря 1865 года началась общая перестройка храма. К 1867 году церковь была соединена с колокольней, что значительно расширило здание.

Казанско-Николаевская церковь выделялась среди других городских храмов своими «внутренними сокровищами», включая серебряный вызолоченный ковчег с двумя крестами.

С приходом советской власти в середине 1930-х годов началось разрушение культурных и исторических памятников. В Старом Осколе это сопровождалось шумом и пылью, заменившими тишину и покой. Церкви разрушались, колокола сбрасывались, а население было потрясено. У разрушаемых храмов собирались сотни плачущих людей, но это не помогло сохранить красоту и гордость города.

Разрушение Казанско-Николаевского храма завершилось в начале 1940-х годов. На его месте долгое время оставалась груда кирпича и мусора. В 1948 году здесь построили жилой дом для работников овощесушильного завода, но из-за усадки грунта его разобрали. Сегодня на этом месте находится спортивная площадка городской средней школы №5.