Церковь святого Николая в Староваганьковском переулке известна с XVI века, когда здесь находилось подворье Николо-Пешношского монастыря. Храм неоднократно перестраивался. В конце XVII века он был трехпрестольным и имел два придела: в честь преподобного Сергия Радонежского и Сорока Севастийских мучеников.

Современная каменная церковь была построена около 1759 года, когда участок принадлежал А.А. Меншикову. В 1782 году участок приобрел П.Е. Пашков, и тогда к храму пристроили колокольню, а в 1792 году, каменную ограду.

История церкви тесно связана с историей Пашкова дома.

Во время нашествия Наполеона в 1812 году храм пострадал от пожара и был разграблен. Однако уже в 1814 году благодаря усилиям прихожан он был восстановлен и освящен.

Когда в 1843 году Дом Пашкова занял Дворянский институт, церковь стала домовой при институте, затем при 4-й гимназии и, наконец, «музейской», после того как в 1862 году в Доме Пашкова разместился Румянцевский музей.

Современники вспоминают, что в церкви Дворянского института любил молиться Гоголь.

В 1896 году настоятелем храма стал священник Леонид Михайлович Чичагов, благодаря которому церковь приобрела известность в Москве. Сегодня в ней хранятся иконы и настенные росписи, выполненные отцом Леонидом Чичаговым.

Стараниями отца Леонида был канонизирован преподобный Серафим Саровский. В 1898 году отец Леонид принял монашество в Свято-Троицкой Сергиевой Лавре, а в 1937 году был расстрелян на Бутовском полигоне. В 1997 году состоялась его канонизация как священномученика митрополита Серафима (Леонида Чичагова).

В 1902 году храм обновлялся, и была устроена звонница псковского типа по проекту архитектора Г.П. Евланова.

С 1905 года благодаря усилиям директора Румянцевского музея И. Цветаева был создан Попечительный совет церкви святого Николая.

После революции храм был закрыт, в 1926 году разграблен и частично разрушен.

В 1930-х годах церковь использовалась как склад Ленинской библиотеки.

Реставрация и восстановление храма начались в 1980-х годах под руководством архитекторов А. Клименко и Б. Могинова.

В 1992 году здесь возобновились богослужения, и храм был передан Русской православной церкви.