Храм Николая Чудотворца в Кыштыме был заложен в 1892 году и освящен 5 мая 1896 года. Строительство велось на средства прихожан и частично финансировалось владельцами Нижне-Кыштымского завода. Храм возведен в неорусском стиле как каменный пятиглавый однопрестольный храм с ярусной колокольней. Особенностью архитектуры стали кресты, выполненные из меди с заполнением центра цветным стеклом, создававшим эффект переливающихся цветов.
До постройки храма на этом месте находилась часовня со сводами, украшенными мозаикой из цветного стекла. Необходимость строительства храма была обусловлена ростом населения Нижнего Кыштыма, которое к концу XIX века составляло около 2,5 тысяч человек. В 1901 году вокруг храма была сооружена каменная ограда с чугунными столбами и проволочными решетками.
В 1934 году храм был закрыт советскими властями. Купола и колокольня были разрушены. В разные периоды в здании размещались рабочий клуб, детская школа искусств, концертный зал и дворец бракосочетаний. В 1941 году рассматривался вопрос о возобновлении богослужений, но власти отказали, посчитав наличие двух действующих храмов в Кыштыме избыточным.
Реставрационные работы начались в 1990-х годах по инициативе медеэлектролитного завода. В 2004-2006 годах проведена комплексная реставрация с восстановлением исторического облика. Были воссозданы купола, позолоченные сусальным золотом, чугунный декор ограждений и колокольня, для которой отлили семь колоколов, включая 700-килограммовый Благовест. Храм был повторно освящен 23 апреля 2006 года.
В архитектурном плане храм представляет собой характерный для конца XIX века пример неорусского стиля с элементами эклектики. Особенностью храма являются кованые двери и сохранившиеся элементы чугунного литья в оформлении. В интерьере частично сохранилась первоначальная отделка, восстановленная в ходе реставрации.