Башня получила своё название от Владимирской надвратной церкви, построенной в 1311 году по указанию новгородского архиепископа Давида. Через эту башню проходила дорога в Неревский конец Софийской стороны Новгорода. До её возведения путь из Детинца в Неревский конец пролегал через Фёдоровскую башню. Археологические раскопки под руководством М.Х. Алешковского в 1957 году показали, что башня была построена на более ранних фундаментах. В 1461 году, по указу архиепископа Ионы, Владимирская привратная церковь была полностью перестроена и к ней добавили трапезную. Вероятно, тогда же была обновлена и башня. В XVI веке на внешнем фасаде башни появился образ Николая Чудотворца, фреска которого сохранилась до наших дней, что дало башне второе название, Никольская. В XVI веке и в 1660-х годах бойницы башни переделывали, а в конце XVIII века её отремонтировали. Пристроенная трапезная Владимирской церкви была разобрана, но добавили двухэтажную Никольскую часовню с проездом к Волхову из Архиерейского сада Детинца.

Во время Великой Отечественной войны башня сильно пострадала. В 1959 и 1961 годах по проекту А.В. Воробьёва и Н.С. Кривулиной её восстановили в формах XV века. Двухэтажная Никольская часовня была разобрана, но восстановили утраченные в XVIII веке этажи башни. Завершили также укрепление фундаментов, начатое в 1930-х годах, что предотвратило оседание башни.