Первоначально в селе Мезенское существовал деревянный храм, освящённый в 1852 году. В начале XX века, в связи с ростом населения и потребностью в более просторном здании, было принято решение о строительстве нового каменного храма. Закладка каменного храма состоялась в 1904 году. Строительство осуществлялось на пожертвования прихожан, и в нём принял участие святой праведный Иоанн Кронштадтский. Храм был возведён в русском стиле, характерном для предреволюционной эпохи.
Главный престол храма был освящён в 1911 году во имя святителя Николая Чудотворца. В 1912 году были освящены два придела: правый — во имя великомученика и целителя Пантелеимона, и левый — во имя преподобного Сергия Радонежского. Таким образом, храм приобрёл трёхпрестольную структуру, что соответствовало традициям православного храмового строительства того времени.
В архитектурном отношении здание представляет собой каменное сооружение с элементами русского стиля. Фасады украшены декоративными элементами, характерными для провинциального зодчества начала XX века. Внутреннее убранство храма включало фаянсовые иконостасы, соответствующие каноническим требованиям Русской Православной Церкви.
В 1936 году, в период антирелигиозной политики Советского государства, храм был закрыт. Здание использовалось не по назначению, что привело к его частичному разрушению и утрате многих элементов внутреннего убранства.
В 1991 году храм был возвращён Русской Православной Церкви. С этого времени начались восстановительные работы, направленные на возвращение храму его первоначального облика и духовного значения. В 2001 году, после завершения необходимых восстановительных работ, в храме возобновились богослужения. Во всех пределах церкви были установлены фаянсовые иконостасы.
