Первое упоминание о храме в честь святителя Николая Чудотворца на территории современного Цимлянска относится к 1715 году, когда в станице Цимлянской была возведена деревянная церковь. В 1763 году здание подверглось перестройке. В 1839 году на месте обветшавшей деревянной церкви был построен каменный трехпрестольный храм, также освященный во имя святителя Николая.
В середине XX века, в связи с созданием Цимлянского водохранилища и переносом станицы Цимлянской на новое место, историческое здание храма было уничтожено. В 1992 году православной общине города для богослужений было выделено полуразрушенное здание по улице Гришина, 20, где вскоре начались регулярные службы. В том же году администрацией города был выделен земельный участок площадью 0,4 га для строительства нового храма.
В 1994 году участок под будущий храм был освящен, а в 1995 году получено благословение на начало строительных работ. Основное строительство велось с 1996 по 2000 год хозяйственным способом на пожертвования прихожан, местных предприятий и жителей района. 19 декабря 2000 года, в день престольного праздника, состоялось освящение нового храма архиерейским чином.
В 2001-2005 годах на территории прихода были построены дом причта с воскресной школой и водосвятная часовня в честь святых Царственных страстотерпцев. В 2009 году на средства благотворителей был изготовлен новый иконостас, а в 2010 году начаты работы по росписи храма.