Храм Николая Чудотворца в Арзамасе является частью Николаевского женского монастыря, основанного около 1580 года. Строительство первой деревянной церкви во имя святителя Николая с приделом Космы и Дамиана осуществил местный житель Феофилакт Яковлев на собственные средства. Игумен Спасского монастыря Сергий передал в дар храму резной образ Николы Можайского, что способствовало учреждению при церкви женской обители. Вскоре были возведены теплая Богоявленская церковь с приделом Георгия Победоносца, колокольня и 30 келий, обнесенные оградой.
В 1650 году пожар уничтожил все деревянные постройки монастыря. Восстановление началось с деревянной Богоявленской церкви, а в 1683 году был освящен первый каменный Никольский собор. После повторного пожара 1726 года каменный храм восстановили к 1738 году, добавив трехъярусную колокольню. Архитектурный ансамбль формировался в стилях нарышкинского барокко (Никольский храм) и классицизма (Богоявленская церковь 1813 года).
В XVII-XVIII веках монастырь получал царские жалованные грамоты: Василий Шуйский пожаловал мельницу на реке Теше (1606), Михаил Фёдорович утвердил земельные владения и установил хлебно-денежную ругу (1614-1632). В 1764 году обитель отнесена к III классу штатных монастырей. К началу XX века здесь действовали мастерские, больница, приют и школа для 325 насельниц.
В 1928 году монастырь закрыли, разместив на территории Комсомольский городок. Никольский храм к 1994 году сохранил лишь фрагменты алтарной стены. После передачи епархии проведена реконструкция: в 2015 году освящен восстановленный собор, куда вернулся исторический образ Николы Можайского. Богоявленский храм отреставрирован к 2016 году, воссоздана колокольня с 18 колоколами.