С 1850 по 1860 год в уездном городе Липецке был построен тюремный замок. В 1884 году по просьбе жителей: борисоглебского купца Митрофана Клюева, купца Феодосия Болховитинова и почетной гражданки Липецка Екатерины Хренниковой началось строительство церкви свт. Николая Чудотворца между тюремным замком и провиантским магазином. Поддержку и старания оказал священник Никанор Акимович Голосницкий.

Никольская церковь при тюремном замке была построена по проекту липчанина Ивана Павловича Машкова, ставшего в скором будущем выдающимся архитектором. Строительство храма началось в 1885 году. 14 октября 1890 года произошло освящение престола во имя святителя Николая Чудотворца.

Церковь посещали заключенные тюремного замка, пациенты амбулатории, жители близлежащих улиц и прихожане соседних городских храмов. К началу ХХ века приход состоял приблизительно из 30 дворов.

Заключенные не имели возможности молиться вместе с обычными прихожанами. Им отводилось место на хорах, которые усиленно охраняли тюремные стражники. Попасть на службу заключенным можно было только через специальную галерею, которая соединяла тюрьму и церковь.

Храм был хорошо обеспечен полным кругом богослужебных книг (75 томов) и всевозможной утварью. В церкви находились 65 икон. Самый большой колокол на звоннице храма весил около 115 кг. Средства для содержания причта Никольского храма выделяло Липецкое уездное земство.

Большие средства на содержание церкви тратил староста храма – купец Митрофан Алексеевич Клюев. Им был создан большой церковный хор при храме. В 1891 году Митрофан Алексеевич получил золотую медалью на станиславской ленте за «построение Николаевской церкви». С 1902 года он был головой города Липецка вплоть до начала революции 1917 года.

В 1918 году церковь Николая Чудотворца закрыли. Здание храма было национализировано, серебряная утварь, иконы и кресты – распроданы. Двадцатые годы стали самыми трагичными в истории храма, когда вместо настенной росписи с ликами святых появились советские лозунги и портреты революционных вождей. Сначала в церкви разместили школу для ликвидации безграмотности заключенных тюрьмы, а затем помещение адаптировали под склад металлоизделий и мастерские. В 1939 году горсовет сообщил, что церковь «используется тюрьмой для своих надобностей».

После окончания войны 1945 года в здании храма оборудовали карцеры и камеры для подследственных, а территория тюремного замка стала следственным изолятором. Эта тюрьма стала единственной в городе Липецке. С трех сторон тюрьмы долгие годы действовал центральный городской рынок.

В таком виде храм просуществовал до 1987 года, пока в районе цемзавода на окраине Липецка не возвели новую следственную тюрьму. Этот факт позволил родиться идее о сносе здания Никольского храма. Однако стараниями липецких краеведов и общественников церковь удалось сохранить.

В 1991 году после сноса тюрьмы и рынка руины Никольского храма возвратили верующим. В этом же году 14 октября был создан первый приходской совет и православная община храма.

С созданием Липецкой и Елецкой епархии началось возрождение. Настоятелем был назначен бывший работник Новолипецкого металлургического комбината священник Иоанн Раков (+ 10.02.2009), при участии которого, начиная с 1994 года, здание храма было полностью восстановлено по чертежам архитектора Ивана Машкова. К 2000 году завершены работы по выполнению росписи купола Никольского храма. Тщанием и усердием о. Иоанна с юго-западной стороны Никольского храма построено двухэтажное кирпичное здание, где разместились воскресная школа, крестильное помещение, библиотека, просфорная, а также звонница; благоустроена территория и сооружена ограда вокруг всего церковного комплекса.

В 2005 г. старанием протоиерея Иоанна с восточной стороны храма заложено новое здание церковной воскресной школы, которая ныне носит имя первого настоятеля храма.

В настоящее время приход продолжает активное развитие. Каждый верующий может прийти и испросить у святителя Николая помощи и заступления.

Храм является памятником архитектуры регионального значения.