В 1778 году жители слободы Николаевка обратились в Новоростовское Духовное Правление с просьбой о разрешении на строительство церкви. На собранные средства была приобретена деревянная церковь Рождества Пресвятой Богородицы в Ростове-на-Дону и перевезена в слободу. 6 ноября 1782 года храм был освящен в честь святителя Николая Чудотворца, что дало название слободе — Николаевка.
9 декабря 1788 года деревянная церковь сгорела до основания по причине не затушенных углей после вечерней службы. После пожара на месте сгоревшего храма была построена новая деревянная церковь во имя Преображения Господня, для чего была приобретена старая Михайло-Архангельская церковь в Таганроге. 1 сентября 1791 года новая церковь была освящена и открыта для богослужений.
К началу XIX века численность населения слободы увеличилась, и существующая деревянная церковь уже не вмещала всех прихожан. В 1807 году началось строительство каменного храма с колокольней, завершенное в 1812 году. Новый храм был трехпрестольным: главный престол освящен в честь святителя Николая Чудотворца, боковые приделы — в честь Преображения Господня и святых бессребреников Космы и Дамиана.
В период советской власти храм подвергался неоднократным попыткам закрытия. В 1923 году были изъяты церковные ценности, в 1938 году храм был частично разрушен и закрыт. Судьбы священнослужителей того времени остаются неизвестными.
Во время Великой Отечественной войны, в период оккупации, здание храма использовалось немецкими войсками как тюрьма для советских военнопленных. При отступлении фашисты загнали пленников в подвал и забросали гранатами, что привело к гибели многих людей. В результате боевых действий здание храма также пострадало; в колокольне до сих пор находится обезвреженная авиабомба.
После войны, благодаря усилиям местных жителей, храм был отреставрирован, установлены новые купола и кресты. Однако в конце 1950-х годов, во время антирелигиозной кампании, храм вновь был закрыт, купола и кресты сняты, помещения использовались под складские нужды.
