Впервые село Домодедово упоминается в духовной грамоте князя Владимира Андреевича Серпуховского в 1401 году, где он завещал село своей супруге, княгине Елене Ольгердовне. В XVII веке село было дворцовым и находилось во владении Романовых. До 1654 года оно являлось вотчиной Никиты Ивановича Романова, двоюродного дяди царя Алексея Михайловича, после смерти которого перешло во владение царя.
В 1646 году в селе Домодедово существовали две деревянные церкви: в честь Рождества Христова и во имя святителя Николая Чудотворца. К началу XVIII века деревянная Никольская церковь обветшала и требовала замены. По указу императрицы Анны Иоанновны в конце 1731 года было велено построить новую каменную церковь во имя святителя Николая Чудотворца.
Проект храма разработал архитектор Иоганн Готфрид Шедель, известный своими работами в стиле петербургского барокко. Ему ассистировал русский архитектор Алексей Петрович Евлашев. Каменные работы выполнял мастер Максим Панкратьев, а столярные и резные работы — мастера Иван и Леонтий Кобылины.
Строительство храма началось в 1732 году. Императрица лично утвердила чертежи иконостаса и макет церкви, но повелела колокольню разобрать и построить более высокой и со шпилем. В то же время был произведен ремонт в старой деревянной церкви, где продолжались богослужения. Каменный храм освятили только 7 марта 1746 года.
Архитектурно храм представляет собой белокаменную церковь типа «восьмерик на четверике», построенную в духе петербургского барокко. В 1845 году были разобраны и возведены заново колокольня и трапезная. Внутри храм украшают главный пятиярусный резной золоченый иконостас, одноярусные в приделах с иконами конца XIX века. Живопись на стенах и сводах, неоднократно поновлявшаяся, относится ко второй половине XIX века. Правый придел Никольского храма посвящен Рождеству Христову, левый — святителям Московским Петру, Алексию, Ионе, Филиппу и Ермогену.
Никольский храм оказался одним из немногих на домодедовской земле, который никогда не закрывался, даже в советский период. Лишь в мае 1922 года уездная комиссия по изъятию церковных ценностей в помощь голодающим изъяла из церкви ценную серебряную утварь общим весом более двадцати килограммов. С 1997 года в храме велись реставрационные работы. В 2003 году в цокольном этаже храма была устроена большая трапезная. В 2008–2009 годах проходили работы в подвальном помещении, и был устроен баптистерий для крещения взрослых.
