Строительство храма было начато в 1888 году и завершено в 1911 году. Возведение осуществлялось на пожертвования жителей города, активное участие в строительстве принимали известные льговские купцы Пафнутьевы, Коншины, Крыгины, Гадицкие, Жбанковы. Кирпич для строительства храма поставлялся из расположенного неподалеку кирпичного завода.
Архитектурно храм представляет собой крестово-купольное здание с высотой по куполу до 45 метров и по колокольне — 73 метра. Площадь храма составляет более 370 кв.м, что позволяет разместить во время службы около 500-700 верующих. Иконостас занимает площадь 64 кв.м. Здание стоит на широком бутовом ленточном фундаменте, подвальные помещения глубоко залегают в белом глинистом грунте, их высота превышает 4 метра. С западной стороны сооружение завершает вертикаль колокольни, свободно развернутой в пространстве. Она придает объемному решению храма подобие корабля. Русские зодчие нередко возводили восьмиугольные в плане сооружения, которые имели четырехугольные основания («восьмерик на четверике»). Такой тип строительства использован и при создании Свято-Никольского храма. Величественно и купольное сооружение храма. Его создает световой восьмерик с шестнадцатью высокими арочными окнами, которые вместе с нижними окнами трапезной вполне обеспечивают церковь дневным светом. Вокруг него, как и на колокольне, на тонких цилиндрических шейках расположены четыре купола-луковицы с крестами. На восьмерике находится конусное, усеченное восьмигранное шатровое сооружение.
В 1938 году храм Николая Чудотворца был закрыт и превращен в зерновой склад. В эти годы пропала часть церковной утвари и икон. Оставшееся прихожане спрятали до лучших времен. Они наступили на Рождество Христово 1942 года, когда церковь начала вновь действовать при оккупации. Есть сведения, что при отступлении в марте 1943 года захватчики хотели взорвать храм — он был заминирован, но благодаря бдительности и решительным действиям верующих чудовищный акт удалось предотвратить.
В настоящее время храм Николая Чудотворца в городе Льгов продолжает функционировать как действующий приход. Он является центром духовной жизни для жителей города и окрестных населенных пунктов. На базе храма осуществляется духовно-просветительская деятельность, проводятся регулярные богослужения и церковные обряды.
