Село Бутурлино, находившееся во владении Высоцкого монастыря в Серпухове, впервые упоминается в описи Окологородного стана Серпуховского уезда от 1552 года, где уже отмечается существование церкви святителя Николая Чудотворца. В 1627 году архивные записи подтверждают наличие в селе деревянного храма, описанного как «древяной клетцки». Церковная утварь и украшения были пожертвованы частично монастырём, а частично прихожанами.
Во второй четверти XVIII века в Бутурлино была возведена каменная Никольская церковь с правым тёплым приделом во имя Казанской иконы Божией Матери, освящённым в 1723 году. В 1739 году был освящён основной храм. Храмоздателями выступили лица по имени Исаакий и Мавра, чьи иконы — преподобного Исаакия Далматского и мученицы Мавры — находились в местном ряду иконостаса, а позднее в трапезной храма. Также их имена были записаны в синодике 1802 года.
В период с 1884 по 1887 годы, благодаря усилиям церковного старосты Петра Ивановича Рябова, обветшавшие придел, трапезная и колокольня были снесены и выстроены заново. Кроме того, был пристроен северный придел во имя священномученика Петра Александрийского. Реконструкцию храма осуществлял архитектор Митрофан Александрович Арсеньев. В 1876 году в основном храме был обновлён иконостас в византийском стиле, состоящий из пяти ярусов. В 1885–1886 годах аналогичные трёхъярусные иконостасы были установлены в новых приделах. Среди святынь храма особо почитались иконы Божией Матери «Живоносный Источник», Фёдоровская и Владимирская, последняя из которых была пожертвована в 1857 году московской мещанкой Емельяновой. В 1911 году при храме на средства церковного старосты Семёна Петровича Рябова была построена каменная сторожка.
Архитектурно центральная часть храма, построенная в XVIII веке, представляет собой простой четверик, перекрытый сомкнутым сводом. Западный фасад, обновлённый в 1880-х годах, отличается более живописным силуэтом, образованным тремя шатрами колокольни и симметричных ей приделов. Храм сочетает элементы эклектики и русского стиля, что придаёт ему уникальный облик.
К 1884 году приход храма насчитывал более 1700 местных жителей и около 1000 сезонных рабочих фабрики П. И. Рябова в деревне Нефёдово. В 1917 году в приходе числилось 369 дворов и 1198 жителей, включая 143 старообрядца-поповца. Помимо Бутурлино, к приходу относились деревни Борисово, Ивановское, Палихово, Нефёдово, Кончаково, Новосёлки, Левашёво и Манишки, а также железнодорожная станция Серпухов.
В 1930-е годы Никольский храм был закрыт и подвергся разорению. Однако в 1992 году здание храма было передано общине, и начались реставрационные работы. В 2000-е годы храм был вновь расписан. 29 ноября 2014 года, по благословению митрополита Крутицкого и Коломенского Ювеналия, архиепископ Можайский Григорий совершил великое освящение Никольского храма. В настоящее время в церкви проводятся регулярные богослужения, молебны и панихиды. При храме действует воскресная школа для детей, а также Служба приходского консультирования. Никольский храм является памятником архитектуры регионального значения на основании постановления Правительства Московской области от 15 марта 2002 года № 84/9.
