Храм возведён в 1794 году. Архитектор Н.А. Львов. При строительстве Николаевской церкви впервые была применена система двойного купола, которую позже использовал архитектор Воронихин для Казанского собора в Санкт-Петербурге. Она способствовала улучшению акустики, а также большему освещению помещения церкви. В пространстве между куполами на третьем этаже Николаевской церкви, куда ведет узкая боковая винтовая лестница, находятся хоры. На внутренней стороне большого внешнего купола – росписи на библейские темы, а на его барабане размещены невидимые изнутри окна, через которые дневной свет проникает в центральный зал. Когда церковный хор поет во время службы, то кажется, что его мелодичные звуки льются прямо с небес. Молитвы также усиливаются превосходной акустикой храма. До сих пор остается тайной конструкция так называемых “воздушных печей”, размещенных между первым и вторым этажами. Они не только согревали, но и проветривали помещение, поддерживали постоянную температуру и влажность воздуха, и делали это не хуже, чем современные кондиционеры.
Во время перестройки храма в 1851–1852 годах в церкви установлен иконостас из мореного дуба. Уникальная работа выполнена украинскими крепостными мастерами, которых для обучения искусству специально посылали в Италию. Вызывает восхищение прекрасная резьба по дереву, изысканным кружевом обрамляющая разных размеров иконы, написанные петербургскими художниками; как в золотом ореоле, в сиянии позолоты при зажигании свечей светятся фигуры святых.
В 1810 году было введена в действие двухъярусная каменная колокольня Николаевской церкви (архитектор Луиджи Руска), но окончательное строительство ее из-за трудностей со средствами завершилось лишь в 1827 году. В 1930-х годах вокруг нее вырубили лес, сняли изгородь – мраморные столбы с массивными чугунными цепями, вывезли каменные плиты мостовой, выложенной для крестных ходов вокруг церкви. В период гражданской войны и голода 1932–1933 годов были разграблены княжеские погребения в склепе под храмом. Церковь не раз закрывали, но она действовала. В 1963 году церковь отобрали у верующих и вскоре здесь организовали атеистический музей. А с 1985 года Николаевская церковь как памятник архитектуры стала отделом государственного историко-краеведческого музея. Во время запустения исчезло много церковного имущества: иконы XVII–XVIII веков, кресты, подсвечники, старинные книги и другие ценные реликвии. 16 июля 1989 года состоялось торжественное открытие и новое освящение Свято-Николаевской церкви.
http://pravoslavie.poltava.ua/ru/0/1137926945/view.php