L'église a été construite une première fois sur les vestiges d'un lieu de culte du XIe siècle, sans doute ceux de l'ancienne cathédrale Saint-Procope de la ville[2],[3],[4]. Dans les premières décennies du XVIIe siècle, une nouvelle église a été construite et peinte ; ces fresques sont restées visibles jusqu'en 1860[2],[3] ; la nouvelle église a été dédiée à saint Nicolas, un des saints les plus populaires de Serbie, notamment parce que les reliques de saint Procope ne se trouvaient pas à Niš[4]. Détruite en 1690 en représailles contre les Serbes qui avaient soutenu les Autrichiens dans leur combat contre la Sublime Porte[4], elle a été reconstruite en 1722, comme en témoigne l'inscription au-dessus de l'entrée[2],[3]. Après la victoire des Turcs dans la guerre avec l'Autriche en 1737, l'église a été transformée à plusieurs reprises en mosquée ; elle est définitivement devenue une mosquée en 1799 et elle était connue sous le nom de Fetija džamija, la « mosquée conquise » ; à cette époque, un minaret lui a été ajouté[2],[3].
En 1862, Midhat Pacha (1822-1863), le gouverneur de Niš, a fait détruire l'église-mosquée et en a fait construire une nouvelle un peu plus à l'est en 1863-1864[2],[3] ; c'est cet édifice qui abrite l'actuelle église Saint-Nicolas[4]. En 1879, après la libération de la ville de la domination ottomane, l'édifice a été adapté aux besoins de la foi orthodoxe : le mihrab a été transformé en chœur, tandis que le minbar est devenu une abside[2],[3]. L'espace central, qui, à l'origine, était couvert par un dôme peu profond reposant sur les poutres du plafond, a été percé pour permettre l'édification d'un mince dôme octogonal plus élevé[2],[3].
L'intérieur de l'actuelle église est éclairé par des fenêtres cintrées sur deux niveaux. Au-dessus de l'entrée nord-ouest se trouve une galerie adossée à des piliers[2],[3].
La partition de l'iconostase, qui date de 1879, est l'œuvre d'auteurs inconnus ; en revanche, l'église abrite un certain nombre d'icônes d'Ilija Dimitrijević[2],[3].
Par la complexité de ses phases de construction et de démolition, l'édifice témoigne de l'ancienneté historique de la ville de Niš, des premiers siècles du christianisme à nos jours[2],[3].