Строительство храма было завершено в 1903 году, и он представляет собой образец неоклассического стиля.
В период советской власти храм подвергся значительным разрушениям. Колокольня была уничтожена, а на месте старинного кладбища, прилегающего к церкви, проведены работы по сносу. Здание храма использовалось под цех трикотажной фабрики, что привело к утрате уникальных интерьеров, иконостаса и лепнины. Однако именно благодаря использованию здания в качестве фабричного цеха удалось сохранить его от полного разрушения.
В 1992 году здание храма было возвращено православной общине. Несмотря на отсутствие значительных финансовых средств, усилиями настоятеля и прихожан начались работы по восстановлению собора. В ноябре 1995 года состоялось открытие правого придела и первая после долгого перерыва служба. В феврале того же года указом президента Российской Федерации церковь Николая Чудотворца была причислена к памятникам архитектуры федерального значения.
В ноябре 2002 года был освящен новый иконостас, выполненный по проекту художника Юрия Амаяковича Мангсарова. Весной 2006 года митрополит Вятский и Слободской Хрисанф благословил священников Никольской церкви и городские власти на возрождение общегородского крестного хода вокруг Котельнича, традиция которого восходит к дореволюционным временам.
В храме хранится копия чудотворной иконы Алексия – человека Божия. На обратной стороне иконы имеется надпись: «Образ сей святый передан в Котельнич в соборную церковь февраля в 17 день 1720 года». До этого икона хранилась в хлыновском Кафедральном соборе. Согласно преданию, икону подарил царь Алексей Михайлович на день своего ангела или по случаю открытия ярмарки. В 1930-е годы оригинал иконы исчез.
В настоящее время Свято-Никольский храм практически полностью восстановлен и является действующим. В 2010 году по инициативе настоятеля храма и главы города Котельнича был создан попечительский совет и инициативная группа по восстановлению колокольни. В канун Рождества Христова архиепископ Вятский и Слободской Марк дал благословение на строительство колокольни. Благодаря усилиям прихожан и поддержке городских властей, начался сбор средств на реконструкцию, и работы по восстановлению колокольни были успешно завершены.
