Мікалаеўская царква ў Вільні адносіцца да тыпу храмаў-фарпостаў, гэта яшчэ адзін эвалюцыйны тып культавага абарончага збудавання ў архітэктуры ВКЛ. Звычайна храмы дадзенага тыпу размяшчаліся на тэрыторыі горада і не былі ўмацаваныя, а ў якасці абароны выкарыстоўвалася толькі вежа-званіца, якая стаяла асобна альбо была прыбудавана да храма. Гэтак жа да храмаў дадзенага тыпу ставяцца царквы, дзе па кутах галоўнага фасада размяшчаліся абарончыя вежы.
Мікалаеўскую царкву яшчэ называюць царквой перанясення мошчаў свяціцеля Мікалая Цудатворца або царквой у імя свяціцеля Мікалая. Гісторыкі мяркуюць, што першапачаткова яна была пабудавана з дрэва пры Гедыміне. Пазней, прыблізна ў 1350-ым годзе, другая жонка вялікага князя літоўскага Альгерда Ульяна на месцы старога драўлянага будынка пабудавала новы каменны храм на ўласныя сродкі.
Да пачатку XVI стагоддзя Мікалаеўская царква прыйшла ў заняпад, і гетман ВКЛ Канстанцін Астрожскі па дазволе вялікага князя літоўскага і караля польскага Жыгімонта I на каменным падмурку старой царквы пабудаваў новую з элементамі готыкі. Па размяшчэнні ў інтэр'еры лапатак відаць, што гэта, верагодна, была крыжова-купальная четырехстолбовая трехапсидная пабудова. Дадатковая пара слупоў размяшчалася на лініі асноўнай і алтарнай часткі царквы.
Каля паўднёва-заходняга вугла Мікалаеўскай царквы была прыбудавана шмат'ярусная вежа-званіца з вузкімі праёмамі, якія можна было выкарыстоўваць як байніцы. Аб абарончым характары вежы-званіцы гэтак жа кажа Той факт, што звонку яна не мае ўваходу, ён зроблены ўнутры храма ў заходняй сцяне. У пачатку XVII стагоддзя Мікалаеўская царква ў Вільні па загадзе караля Рэчы Паспалітай Жыгімонта III Вазы была перададзена ўніятам.
З-за пажараў у 1747-1748 гг. храм моцна пацярпеў. Хутчэй за ўсё тады і абваліўся Гатычны звод асноўнага аб'ёму, ад яго засталася толькі частка над алтаром. У працэсе рамонту асноўны аб'ём быў перакрыты цыліндрычным скляпеннем з распалубкамі, таксама была надбудавана вежа-званіца, а фасад зрабілі ў барочным стылі.
У 1839 годзе Мікалаеўская царква ў Вільні зноў была перададзена праваслаўным. Да 1866 годзе храм зноў быў перабудаваны ў руска-візантыйскім стылі па праекце архітэктараў Разанава і Чагіна.
У наш час Мікалаеўская царква складаецца з однонефового аб'ёму памерам 10,3 на 13,5 метраў, гэтыя памеры захаваліся ў першапачатковым выглядзе. Да галоўнага фасада прымыкае вежа-званіца, бабінец і капліца.