Проект храма разработали архитекторы братья Бернардацци.
При храме функционировали церковно-приходская школа, богадельня, библиотека и архив, что способствовало развитию образовательной и благотворительной деятельности в регионе.
Архитектурно церковь представляет собой деревянное здание, обитое тёсом. К четверику храма, перекрытому четырёхскатным шатром с главкой, примыкают притворы, пятигранный алтарь и трапезная, соединяющая его с шатровой колокольней. В церкви два престола: во имя святителя Николая Чудотворца и во имя великомученика Пантелеимона Целителя.
Рядом с церковью ранее находилось небольшое кладбище, где хоронили именитых казаков. В настоящее время на этом месте пустырь, однако в ограде церкви сохранились некоторые захоронения, включая могилы генерал-лейтенанта Е. Ф. Семёнкина и генерал-майора Ф. Ф. Федюшкина. В храме хранятся памятные доски с именами казаков, отличившихся в Русско-турецкой войне 1877–1878 годов и Русско-японской войне 1904–1905 годов.
