Архітектура храму дозволяє стверджувати, що споруда велася за часів правління Османської імперії в гирлі Дунаю. Турки не забороняли будувати християнські храми, але вимагали, щоб вони не перевищували по висоті мечеті (за деякими джерелами яничара на коні). Для дотримання цього правила архітектору довелося поглибити будівлю під землю більш ніж на два метри. У 1891 році до храму була прибудована трирівнева дзвіниця, яка з’єднана з основним залом невеликим переходом. У такому вигляді церква збереглася донині. Зараз Миколаївська церква притягує безліч туристів та істориків в Кілію, даючи можливість доторкнутися до живої частки минулих часів.