В период с 1850 по 1860 год в уездном городе Липецке на нынешней Торговой площади был построен тюремный замок. В 1884 году, по инициативе борисоглебского купца Митрофана Клюева, купца Феодосия Болховитинова и почетной гражданки Липецка Екатерины Хренниковой, началось строительство церкви Николая Чудотворца между тюремным замком и провиантским магазином. Поддержку в этом деле оказал священник Никанор Акимович Голосницкий.
Строительство храма было завершено к 1890 году. Освящение храма во имя Николая Чудотворца состоялось 14 октября 1890 года.
Архитектурно здание выполнено в русском стиле по проекту архитектора Ивана Павловича Машкова. Второй ярус храма представляет собой восьмигранный барабан с окнами на каждой грани, завершенный высоким шатром с малым глухим барабаном и луковичной главкой. Оконные проемы прямоугольные с полуциркульным завершением, некоторые из них декорированы наличниками с высокими очельями трехлопастного силуэта. Фасады украшены угловыми пилястрами, поясами ширинок, сложными карнизами, кокошниками, поребриком и городчатым фризом.
В 1918 году, после установления советской власти, храм был официально закрыт. Однако фактически он продолжал функционировать и после февраля 1922 года, когда произошло изъятие серебряной утвари весом 2 фунта 5 золотников 44 доли на сумму 480 тысяч рублей. После национализации здание использовалось как тюрьма. За годы советской власти здание пришло в плачевное состояние, фактически превратившись в руины.
В 1991 году здание храма было возвращено верующим. Восстановительные работы начались в 1994 году и завершились в 2003 году. В ходе реставрации были восстановлены архитектурные элементы, а также построено двухэтажное административное здание, в котором разместились воскресная школа, библиотека и просфорная.
