ვინაიდან 1860-იან წლებში ბათუმი ოსმალეთის კონტროლის ქვეშ იყო, ბერძნულ დელეგაციას მშენებლობის ნებართვა თურქეთის სულთნისგან უნდა მიეღო.
ბერძნებმა წმინდა ნიკოლოზის ტაძარი ააგეს და იქ პირველი საღმრთო ლიტურგია 1871 წელს აღევლინა. 1895 წელს ტაძრის რემონტისათვის საჭირო თანხაც შეგროვდა და სამრეკლოს მიშენებაც გადაწყდა. საბჭოთა საქართველოს დროს ეკლესიაში მღვდელმსახურება შეჩერდა, თუმცა 1946 წელს, მართლმადიდებელი მრევლის დამსახურებით, კვლავ განახლდა.
წმინდა ნიკოლოზის ეკლესია იმ დროის ბათუმში ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი არქიტექტურული ნაგებობა ყოფილა, თუმცა საკმაოდ ღარიბი ინტერიერით. მოგვიანებით, მეოცე საუკუნის დასაწყისში, ტაძარმა კუნძულ ქიოსის ბერძნებისგან შემოწირულებად ყოვლად წმინდა ღვთისმშობლის, წმინდა ნიკოლოზისა და წმინდა გიორგის ხატები მიიღო.
1948 წელს პატრიარქ კალისტრატე ცინცაძეს ბათუმელმა ქალბატონებმა თამარ ნაკაშიძემ და ელიზავეტა კოტიდიმ მთავრობასთან შუამდგომლობა სთხოვეს და მალე პატრიარქმა ტაძარში წირვა აღავლინა.
1998-1999 წლებში ტაძარს ინტერიერისა და ექსტერიერის რესტავრაცია ჩაუტარდა და დღეს აქ მსახურება მიმდინარეობს.