Первое упоминание о деревянной церкви во имя святителя Николая в селе Грязи относится к 1710 году. В 1773 году на её месте была возведена новая деревянная церковь, которая в 1855 году подверглась реконструкции, оставаясь деревянной. К концу XIX века возникла необходимость строительства более просторного и долговечного храма, что было обусловлено ростом населения и увеличением числа прихожан.
В период с 1892 по 1895 годы на средства прихожан, при активном участии местного помещика Михаила Ивановича Бартенева и коломенского купца Николая Алексеевича Шевлягина, был построен каменный храм в честь святителя Николая Чудотворца. Архитектурный стиль здания представляет собой эклектику с элементами русского стиля. В основе композиции лежит двухъярусный четверик с примыкающей трапезной и колокольней, соединённой с трапезной узким проходом. Фасады украшены декоративными элементами, характерными для русского зодчества конца XIX века.
В 1932 году, в период антирелигиозной политики советской власти, храм был закрыт, а его имущество конфисковано. Здание долгое время оставалось без должного ухода и использовалось не по назначению, что привело к утрате многих архитектурных элементов.
В 1992 году, после изменения государственной политики в отношении религии, храм был возвращён Русской Православной Церкви. Начались реставрационные работы, направленные на восстановление первоначального облика здания. В ходе реставрации были восстановлены купола, колокольня и внутреннее убранство храма. К началу XXI века основные работы были завершены, и храм вновь стал центром духовной жизни города Грязи.
