Инициатива строительства храма возникла в связи с необходимостью создания постоянного места богослужений для военнослужащих полка.В 1897 году, в честь 25-летия шефства великого князя Николая Александровича над полком, было принято решение о возведении храма.Церковь была заложена 13 мая 1897 года в здании полкового манежа, построенного в 1828 году архитектором А. Е. Штаубертом и ранее принадлежавшего Мариинскому дворцу.Проект храма разработал инженер-капитан Н. И. Полешко.
Финансирование строительства осуществлялось за счёт пожертвований офицеров полка и московского купца Абрама Яковлевича Липскерова. Резчик П. О. Иконников изготовил одноярусный иконостас в бело-золотой гамме, отделённый от остального помещения раздвижной перегородкой. Образы для иконостаса написали художники А. Е. Петров и монах Алипий из Троице-Сергиевой пустыни. Над входом со стороны Казанской улицы была устроена небольшая звонница с главкой.
Освящение храма состоялось 25 января 1898 года. Чин освящения совершил протопресвитер А. А. Желобовский в сослужении Иоанна Кронштадтского, в присутствии великого князя Николая Александровича, всего полка и высшего офицерства. К этому дню генерал-майор Дзиканец, командир Московского полка, подарил храму церковную утварь, а Ю. С. Нечаев-Мальцев, владелец стекольного завода, – два больших подсвечника из цветного хрусталя. В 1901 году храм был отремонтирован и расписан одним из учеников Репина.
С 1908 года настоятелем храма был о. Всеволод Николаевич Окунев, прослуживший почти до революции. Весной 1918 года храм стал приходским. Однако 27 мая 1922 года он был закрыт. В последующие годы здание использовалось для различных целей: в нём размещались каток с искусственным льдом, а в 1990-е годы – фитнес-клуб "Планета фитнес".
18 декабря 2015 года, в день памяти святителя Николая, храм был передан Санкт-Петербургской епархии Русской Православной Церкви. 19 января 2016 года в нём была совершена первая за несколько десятилетий Божественная литургия. В настоящее время храм благоустроен, в нём проводятся богослужения, осуществляется духовно-просветительская и социальная деятельность.
Архитектурно храм представляет собой здание, приспособленное из полкового манежа, с одноярусным иконостасом и звонницей над входом. Внутреннее убранство включает иконостас работы П. О. Иконникова и образы, написанные А. Е. Петровым и монахом Алипием. Храм вмещает около 400 человек.
