Храм Николы Чудотворца у Тверской заставы построен на месте деревянной часовни на Площади Тверской заставы.
Первый проект храма был выполнен И. Г. Кондратенко (1856—1916) в 1908 по заказу купца-старообрядца И. К. Рахманова, владевшего участком на стрелке Бутырского Вала и Лесной улицы в стиле белокаменной владимирской архитектуры. Для Кондратенко, строившего десятки доходных домов, это был первый проект в храмовом строительстве. Проект был тогда же утверждён городской управой, но строительство по неизвестным причинам было отложено. Шесть лет спустя, община призвала другого архитектора — А. М. Гуржиенко (1872 — после 1932), который выполнил совершенно иной проект.
Возведение храма начато в 1914 году. Вероятно, к моменту призвания Гуржиенко уже был завершен нулевой цикл, так как внешние очертания постройки точно совпадают с проектом Кондратенко. Но сам храм выполнен в стиле раннего новгородского зодчества, приближаясь к историческому храму Спаса на Нередице, при этом внутри он бесстолпный (у Кондратенко — шестистолпный). Шатровая колокольня храма также имитирует новгородские звонницы.
Стараниями общины храм был завершен и освящен в 1921. Жизнь в храме продолжалась всего 14 лет. В 1935 году он был закрыт. В 1940-х годов в храме находился склад Местной противовоздушной обороны. Позже в нём разместилась мастерская скульптора С. М. Орлова. Именно здесь он работал над памятником Юрию Долгорукому. Затем здесь размещалась мастерская всесоюзного художественно-производственного комбината им. Е. В. Вучетича.
В 1993 году храм был передан Русской православной старообрядческой церкви. Первый молебен в приделе Ильи Пророка состоялся 2 августа 1995 года.