Построенный в 1872 году на средства прихожан городских церквей, храм представляет собой каменное одноэтажное здание с железной кровлей. Отдельно от церкви была сооружена деревянная звонница. Главный престол освящен во имя святителя и чудотворца Николая.
После закрытия в 1924 году Сретенского собора и Вознесенской церкви, которые впоследствии были разобраны, Никольская кладбищенская церковь стала единственным действующим православным храмом в Ялуторовске.
В апреле 1937 года храм прошел перерегистрацию, однако 29 декабря 1938 года решением Омского облисполкома был закрыт. Имущество церкви было изъято, кресты и колокола сняты, а здание подверглось значительным разрушениям. Богослужения в городе были прекращены на семь лет.
В 1945 году, после окончания Великой Отечественной войны, верующие обратились с просьбой о передаче им здания церкви. Несмотря на первоначальный отказ городского Совета, областной исполком принял решение о передаче храма общине. 27 июня 1945 года Совет по делам Русской Православной Церкви при СНК СССР поддержал это решение, и 16 октября 1945 года был подписан договор о передаче здания и имущества церкви.
В последующие годы проводились работы по восстановлению и расширению храма. В 1946 году был возведен деревянный пристрой, а в 1953–1954 годах — еще один, в честь Успения Пресвятой Богородицы.
