Первое упоминание о храме во имя святителя Николая Чудотворца в станице Кременской относится к периоду до 1744 года. Это была деревянная церковь, существовавшая до переселения станицы на новое место. В 1745 году жители получили разрешение епископа на перенос храма, и 1 февраля 1745 года состоялась закладка новой церкви, освященной 12 февраля 1747 года.
В 1746 году в станице появилась вторая церковь — во имя Одигитрии Богоматери, которая сгорела в 1818 году. В 1819 году началось строительство каменного храма с Одигитриевским приделом, завершенное в 1823 году. Стоимость строительства превысила 75 000 рублей. Храм имел два престола: главный — во имя святителя Николая Чудотворца и южный — в честь иконы Божией Матери Одигитрии. При церкви действовала богодельня на 12 человек.
К 1912 году храму принадлежали 200 десятин пахотной земли, завещанной сотником Онисифором Колосковым, 50 десятин от Екатерины Наследышевой и 15 десятин из участка войскового старшины Стефана Конькова. В собственности прихода также находились здание церковно-приходской школы на 60 учащихся и дом для церковных сторожей. В том же году к Николаевской церкви была приписана кладбищенская Дмитриевская церковь.
Архитектурно храм представлял собой каменное сооружение с колокольней, выполненное в традициях русской церковной архитектуры первой четверти XIX века. Исторические источники отмечают наличие трех предыдущих деревянных построек на этом месте, последняя из которых была возведена в 1781 году и имела восьмигранную форму с тремя главами.