Kościół św. Mikołaja w Wilnie należy do typu świątyń - placówek, jest to kolejny ewolucyjny typ religijnej struktury obronnej w architekturze WKL. Zazwyczaj świątynie tego typu znajdowały się na terenie miasta i nie były ufortyfikowane, a jako obronę wykorzystywano jedynie dzwonnicę, która stała osobno lub była dołączona do świątyni. Do tego typu świątyń należą również kościoły, w których wieże obronne były umieszczone na rogach głównej fasady.
Kościół św. Mikołaja nazywany jest również kościołem przeniesienia relikwii św. Mikołaja Cudotwórcy lub kościołem pod wezwaniem św. Mikołaja. Historycy zakładają, że pierwotnie został zbudowany z drewna za panowania Giedymina. Później, około 1350 r., druga żona wielkiego księcia litewskiego Olgierda Uliana zbudowała na własny koszt nowy kamienny kościół na miejscu zniszczonego drewnianego budynku.
Na początku XVI wieku kościół św. Mikołaja popadł w ruinę, a hetman WKL Konstanty Ostrogski za zgodą wielkiego księcia litewskiego i króla Polski Zygmunta I zbudował nowy kościół z elementami gotyckimi na kamiennym fundamencie starego kościoła. Rozmieszczenie szkaplerzy we wnętrzu wskazuje, że była to prawdopodobnie budowla trójnawowa z czterema filarami. Dodatkowa para filarów została umieszczona na linii głównej i ołtarzowej części kościoła.
W pobliżu południowo-zachodniego narożnika kościoła św. Mikołaja dobudowano wielopoziomową dzwonnicę z wąskimi otworami, które mogły służyć jako luki. O obronnym charakterze dzwonnicy świadczy również fakt, iż nie posiadała ona wejścia z zewnątrz, wykonano je wewnątrz kościoła w ścianie zachodniej. Na początku XVII wieku cerkiew św. Mikołaja w Wilnie z rozkazu króla Rzeczypospolitej Zygmunta III Wazy została przekazana unitom.
Z powodu pożarów w latach 1747-1748 kościół został poważnie uszkodzony. Najprawdopodobniej zawaliło się wówczas gotyckie sklepienie głównego korpusu, z którego pozostała tylko część nad ołtarzem. W trakcie remontu główną bryłę przykryto cylindrycznym sklepieniem z pokładami, dobudowano także dzwonnicę, a fasadę wykonano w stylu barokowym.
W 1839 r. kościół św. Mikołaja w Wilnie został ponownie przekazany prawosławnym. W 1866 r. kościół został ponownie przebudowany w stylu rosyjsko-bizantyjskim według projektu architektów Riazanova i Czagina.
Obecnie kościół św. Mikołaja składa się z jednonawowej bryły o wymiarach 10,3 na 13,5 metra, wymiary te zostały zachowane w pierwotnej formie. Do głównej fasady przylega dzwonnica, przedsionek i kaplica.