Церква була зведена у вірменських традиціях – до 1,5 м завтовшки стіни, вузькі і невеликі вікна-бійниці, відсутність зовнішнього декору, міцні контрфорси, у один з яких вмурований хачках – традиційний кам’яний хрест. Кошти на збудування храму виділив вірменин Сінан син Котлубея. Наприкінці XV століття, коли було побудовано новий Миколаївський вірменський храм, церква, про яку йдеться, називалася Благовіщенською каплицею. 1811 року їй повернули назву Миколаївської церкви. За різних часів храм належав різним конфесіям – Вірменській апостольській церкві, вірмено-католицькій, греко-католицькій і російській православній. Ремонтували у XVI, XVIII, XIX столітях. Двінницю прибудували в кінці XVIII століття. Церква була діючою до 1962 року, пізніше її використовували як склад. З 1990 року храм належить Українській православній церкві. Його реставрували у 1991-1997 роках.