Храм имеет значительное историческое и архитектурное значение, отражающее многовековую историю города.
Храм был основан в 1554 году по инициативе архиепископа Пимена и новгородских горожан на месте погребения святого праведного Николая Кочанова, почитаемого в Новгороде юродивого, скончавшегося в 1392 году. Первоначально церковь была освящена во имя великомученика Пантелеимона, однако в народе получила название Николо-Кочановская, в честь святого, над могилой которого она была возведена.
В период шведской оккупации Новгорода (1610–1617 гг.) церковь была разорена. После освобождения города в 1617 году храм был восстановлен на средства горожан и пожертвования Софийского собора. В 1772 году в церкви был установлен новый золочёный иконостас, а в 1773 году пристроены трапезная и придел во имя святителя Димитрия Ростовского.
В 1829 году церковь подверглась внутренней и внешней реставрации: здание было покрыто листовым железом и вымощено путиловской плитой. В 1835 году, благодаря пожертвованиям императора Николая I, Димитриевский придел был расширен и переосвящён в честь Покрова Божией Матери. В 1857 году был добавлен придел во имя праведного Николая Кочанова.
В XIX веке напротив храма находилась земская больница, священники которой окормляли больных. Некоторое время на церковном кладбище хоронили умерших из этой больницы. В 1907 году при храме действовала церковно-приходская школа, которую посещало более 50 детей, а также воскресная женская школа для 35 девочек.
В 1930-е годы, в советский период, церковь была закрыта, и в её здании разместили больничный морг и прачечную. После Великой Отечественной войны здание было капитально перестроено и передано городской санитарно-эпидемиологической станции. В декабре 2012 года санэпидстанция была выселена, и здание храма было передано Новгородской епархии.
