В начале XVII века на месте этого храма стояла деревянная церковь во имя преподобных Зосимы и Савватия Соловецких, но в 1712 году она была заменена каменной, сохранившейся и по сей день. Строительство Никольской церкви приписывают царице Евдокии Лопухиной, сосланной в 1698 году своим супругом царём Петром I в Суздальский Покровский монастырь. На свои средства Евдокия воздвигла напротив Святых ворот обители зимний храм Николая Чудотворца и пристроила к нему придел в честь преподобного Алексия, небесного покровителя её сына царевича Алексея, тогда ещё наследника престола. Никольская церковь (1712 г.) вместе с ранее построенной летней церковью Петра и Павла (1694 г.) образовала архитектурный ансамбль. По примеру этого ансамбля в Суздале с XVII по XIX века было построено немало «парных» храмов.

Как и все зимние храмы Суздаля, Никольская церковь отличается простой архитектурой и скромным декором. По своей композиции она напоминает крупные одноглавые суздальские храмы. Здание церкви представляет собой куб, перекрытый четырёхскатной кровлей, на которую опирается высокий тонкий барабан, увенчанный луковичной главкой. Фасад храма декорирован закомарами. С востока к основному объёму церкви примыкает полукруглая апсида, а с запада — небольшая паперть. Никольская церковь неоднократно перестраивалась, но в 1954 году её первоначальный вид был восстановлен.