Изначально, в селе Фоминском, на высоком берегу реки Гвоздни, существовала деревянная церковь, известная с 1654 года. Она была сожжена французскими солдатами при отступлении из Москвы в 1812 году.
В 1845 году было получено разрешение на строительство нового каменного храма. Строительство началось летом 1846 года и завершилось в 1852 году, когда отмечалось сорокалетие Отечественной войны 1812 года. Проект храма разработал архитектор Пётр Петрович Буренин. Финансирование строительства осуществлялось стараниями помещиков села — поручика Николая Дмитриевича Лукина и советника Дмитрия Петровича Скуратова, владельцев Наро-Фоминской бумагопрядильной фабрики.
Архитектурно храм представляет собой двухъярусное крестообразное в плане здание с массивным барабаном-колокольней, увенчанным крупной луковичной главой. Стены разделены пилястрами, под карнизом и на барабане проходят декоративные пояски, окна утоплены в широкие ниши без декора, а двери обрамлены стилизованными перспективными порталами.
В 1904 году архитектор В.А. Мазырин произвёл переустройство алтарной части и расширение церкви: к зданию были пристроены придел святого Георгия, ризница и богадельня, заложен фундамент под трапезную.
1 февраля 1930 года храм был закрыт, после чего использовался как склад. В годы Великой Отечественной войны здание пострадало от обстрелов и было разграблено. В послевоенные годы храм восстановили, и в 1973 году в нём открылся историко-краеведческий музей.
В 1989 году храм был передан верующим, после чего начались восстановительные работы: установлен купол, крест, отремонтирована крыша. В 1991 году в храме возобновились богослужения. В 1999 году завершена работа над иконостасом храма. С 1999 года в храме совершаются ежедневные богослужения. В 2004 году завершена реставрация храма и внутренняя роспись по древней технологии фрески.
В настоящее время Никольский собор является центральным храмом Наро-Фоминского благочиния. В храме имеются приделы великомученика Георгия и иконы Божией Матери «Троеручица». Здесь находятся ковчеги и иконы с частицами мощей священномученика Петра (Зверева) и преподобных Варнавы Гефсиманского, Амвросия Оптинского, Иова Анзерского, праведного Василия Павло-Посадского. Особо чтимая икона — великомученика Георгия.
При храме действуют домовая больничная церковь великомученика и целителя Пантелеимона, часовня иконы Божией Матери «Неугасимая Лампада», часовня во имя благоверного князя Даниила Московского.
