Церковь в стиле позднего ампира была построена на средства общины единоверцев в 1820-1838 годах, автор её проекта архитектор А. И. Мельников. В храме хранилось много старинных образов и старопечатных книг. В 1919 церковь стала собором и кафедрой первого единоверческого епископа. После закрытия храма в 1931 году, в 1934-1936 годах он был реконструирован под музей Арктики, открывшийся здесь в 1937 году. Ныне это музей Арктики и Антарктики - единственный в России и крупнейший в мире музей, посвященный полярным зонам Земли.
Никольская единоверческая церковь была выстроена на угловом участке, купленном купцом К. З. Чурсиновым. Строился храм на средства общины единоверцев по проекту архитектора Авраама Ивановича Мельникова в 1820-1838 годах.
В церкви хранилось много старинных образов и старопечатных книг (в том числе «Апостол» Ивана Федорова, 1574 года).
В 1868 году архитектором М. А. Щуруповым был пристроен притвор.
С 1908 года при храме действовало приходское братство, содержавшее богадельню, реальное училище цесаревича Алексея и женскую гимназию; издавался журнал «Голос церкви».
В 1919 церковь стала собором и кафедрой первого единоверческого епископа.
В мае 1931 года храм был закрыт, а в 1934-1936 годах по проекту архитектора А. В. Сивкова здание было реконструировано под музей (застеклены лоджии, реконструированы интерьеры).
8 января 1937 года в бывшем храме открылся музей Арктики. В 1992 году принято решение о передаче храма единоверческой общине, но в 1993 году была передана только часовня, где сейчас действует единоверческий храм.
Никольская единоверческая церковь является памятником архитектуры позднего ампира. Здание установлено на стилобате с широкой каменной лестницей. Его основной объем кубической формы. Фасады оформлены 6-колонными портиками большого дорического ордера и дорическими колоннадами 2-го яруса между четырьмя башнями. Венчает храм купол на 4-х гранном основании.
Интерьер церкви оформлен коринфскими колоннами с золочеными капителями и выносным карнизом.
В ограде храма располагаются две часовни.