Храм, известный как «Никола Чудотворец Гостин», упоминается в писцовых книгах уже в 1565 году. Он располагался на торговой площади при Гостином дворе и был освящен в честь покровителя торговцев, Святителя Николая Угодника. Хотя точная дата постройки каменного храма неизвестна, его архитектура указывает на XVI век.

Согласно писцовым книгам, церковь «Никола Чудотворец Гостин» находилась за рыбным рядом, и её строительство было заслугой попа Григория и мирских жителей. На церковном дворе жили поп Григорий, дьякон Петр Исаков сын, а также нищие старцы, которые получали питание от церкви. Государственное жалованье включало четыре рубля и хлеб, а также церковные доходы от воска, ладана и вина. Пономарю полагалась полтина денег и зерно. В переулке за Гостиным двором находились дворы по обе стороны.

Священником в этой церкви служил будущий патриарх Московский и всея Руси Гермоген, который сыграл важную роль в обретении чудотворной Казанской иконы Божией Матери в 1579 году.

В 1594 году митрополит Казанский и Астраханский Гермоген писал о явлении и чудесах Казанской иконы Богородицы, вспоминая, как, будучи священником у святого Николы Гостиного, он прослезился перед образом Богородицы и получил благословение архиепископа на взятие иконы.

В начале XVII века к храму добавили придел в честь Казанской иконы Божией Матери, а в 1634 году рядом построили холодную Преображенскую церковь.

Сегодня здание бывшей Николо-Гостинодворской церкви утратило оба шатра и частично ушло под землю. До 2017 года в нём размещались архивные службы, включая аппарат Главного архивного управления при Кабинете министров Республики Татарстан и Государственный комитет Республики Татарстан по архивному делу.

30 августа 2017 года был зарегистрирован «Фонд возрождения храма Николы Гостинодворского», учреждённый Казанской епархией РПЦ.