В XIX веке на месте нынешней Никольской церкви находилась деревянная часовня и небольшая старообрядческая моленная. По одной из версий, она была построена в 1815 году на средства купца Н.Д. Царского, благодаря чему получила неофициальное название «Царская моленная». Позже участок перешел к Рахмановым, и община, сформировавшаяся вокруг моленной, стала называться «рахмановской». В 1870-х годах часовня обзавелась престолом и была преобразована в храм, окончательно оформившийся после 1905 года, когда старообрядцам разрешили официально строить свои церкви.

Проект нового храма на Тверской заставе, разработанный архитектором И.Г. Кондратенко, был утвержден в 1908 году, но его реализация началась позже. Последняя служба в старом здании прошла 16 марта 1914 года, после чего его разобрали и начали строительство новой церкви во имя святого Николая Чудотворца по проекту архитектора А.М. Гуржиенко.

Храм выполнен в неорусском стиле, вдохновленном новгородским зодчеством. Он одноглавый, с тремя закомарами с каждой стороны, укреплен контрфорсами и прорезан длинными щелевидными окнами, напоминая церковь Спаса на Нередице в Великом Новгороде. К храму пристроена шатровая колокольня с приделом во имя Илии Пророка. Фасады украшены кирпичным декором, характерным для северной архитектуры.

Первая мировая война замедлила строительство, но не остановила его. Средства жертвовали известные старообрядцы: С.Т. Морозов, Е.В. Шерупенкова, П.В. Иванов, А.Е. Русаков. Храм был завершен вчерне в 1915 году и освящен в 1921 году после завершения отделки интерьеров. Богослужения прекратились в 1940-1941 годах, но до начала Великой Отечественной войны в подвале находилась моленная адвентистов седьмого дня. Во время войны здание использовалось как склад противовоздушной обороны Москвы, а позже как скульптурная мастерская Министерства культуры СССР. Считается, что здесь скульптор С.М. Орлов работал над памятником Юрию Долгорукому. Внутреннее убранство и планировка были полностью изменены, храм лишился главы и шатра колокольни.

Первый молебен в приделе Ильи Пророка состоялся в 1995 году, с этого времени начался процесс передачи здания старообрядческой общине и его реставрации. В 2000-х годах историческая застройка вокруг храма была снесена и заменена многоэтажными зданиями новой архитектуры, что создало новый, диссонирующий фон для церкви.