Архитектура храма позволяет утверждать, что постройка велась во времена правления Османской империи в устье Дуная. Турки не запрещали строить христианские храмы, но требовали, чтобы они не превышали по высоте мечети (по некоторым источникам янычара на лошади). Для соблюдения этого правила архитектору пришлось углубить здание под землю более чем на два метра. В 1891 году к храму была пристроена трёхуровневая колокольня, которая соединена с основным залом небольшим переходом. В таком виде церковь сохранилась по сей день. Сейчас Николаевская церковь притягивает множество туристов и историков в Килию, давая возможность прикоснуться к живой частице ушедших времён.