Храм святителя Николая Чудотворца в городе Касли был заложен 9 мая 1858 года по грамоте Ионы, епископа Екатеринбургского, викария Пермского. Строительство велось в течение трех лет на средства прихожан Каслинского завода. Освящение престола состоялось 10 декабря 1861 года по благословенной грамоте архиепископа Пермского Неофита, выданной епископом Екатеринбургским Варлаамом.
Храм был построен как зимняя церковь прихода, поскольку основной Вознесенский храм не отапливался. Здание выполнено в каменной архитектуре, одноэтажное, с одним куполом. Вскоре после постройки храм оказался недостаточным по вместимости для растущего числа прихожан, особенно в праздничные дни.
В 1930 году, согласно постановлению Президиума Уральского облисполкома, храм был закрыт. Здание передано Каслинскому врачебному участку под амбулаторию, а впоследствии использовалось как заводской клуб «Победа». В 1992 году храм возвращен Русской Православной Церкви, официальная передача завершена в 1993 году.
Реставрационные работы проводились силами прихожан и учащихся воскресной школы. В храме был восстановлен полукруглый алтарь с высокими окнами, сводчатый зал с акустическими особенностями. Проведены работы по устройству отопления и газификации здания.
Архитектурно храм представляет собой образец провинциального церковного зодчества середины XIX века. В оформлении использованы элементы каслинского чугунного литья, традиционного для данного региона. Храм является частью храмового комплекса вместе с Вознесенской церковью, построенной ранее.