Церковь Николая во Владычной слободе принадлежит к древнейшим по времени построения церквям города Вологды. В окладной книге преосвященного Гавриила, архиепископа Вологодского и Белозерского, относящейся к концу XVII века, уже упоминается храм Николая Чудотворца в Мироносицкой трети. Храм назван каменным, и его возведение относится к 1669 году. Николаевская во Владычной слободе церковь была восьмым каменным храмов города, но поскольку церкви Иоанна Предтечи и Знамения Божией Матери в Дюдиковой пустыни, храмы Свято-Духова монастыря и Кирилло-Иоанно-Богословская Семинарская церковь на Соляном дворе, имеющие более раннее происхождение, до настоящего времени не сохранились, это храм становиться третьим по древности из сохранившихся в городе памятников каменного зодчества, после Софийского собора и холодной церкви Дмитрия Прилуцкого на Наволоке.
Храм Николая Чудотворца во Владычной слободе уже в период постройки закрепил в своем названии еще более древнюю историю: местность, на которой он был возведен, издревле принадлежала вологодским архиепископам, и потому называлась "владычной слободой". После Соборного уложения 1649 года правительство провело конфискацию городских владений духовенства, и слобода перестала принадлежать владыкам, тем не менее народная память сохранила ее прежнее название.
Архитектурные формы храма частично изменены позднейшими перестройками, однако он сохранил свою прежнюю монументальность, что в целом было характерно для вологодских церквей середины XVII века, во многом подражавших еще кафедральному Софийскому собору.
Высокий и мощный кубический объем церкви Николы во Владычной слободе, поставленный на высокий подклет, прежде был завершен эффектной группой из пяти крупных, расположенных близко друг к другу световых глав, ныне утраченных. Трехчастное членение фасадов куба на прясла с большими декоративными закомарами вверху, отделенными от стен карнизом, типично для храмов XVII века. Пониженный алтарь и трапезная храма значительно перестроены в XVIII веке. Интересна сохранившаяся алтарная часть подклетного этажа, сильно выдающаяся к востоку и заканчивающаяся двумя полукружиями апсид - прием, встречающийся в ряде вологодских храмов (церкви Константина и Елены, теплая Дмитрия Прилуцкого (Успения Божией Матери)).
Контрастно по отношению к церкви выглядит колокольня, типичная для церковного зодчества первой половины XVIII, и, очевидно, имеющая позднейшее происхождение. Ее стройный изящный столп состоит из четверика, высокого восьмигранного яруса со звоном и двух небольших, поставленных друг на друга восьмериков, завершенных главкой. Подобные ярусные колокольни, пришедшие в XVIII веке на смену древнерусским шатровым, были весьма характерны для архитектуры Вологды, а также других северных городов России того времени.
Исключительно своеобразен интерьер церкви Николая Чудотворца, имеющий необычную двустолпную конструкцию, внешне не выявленную и даже скрытую за привычными для фасадов храмов XVII века формами. Два мощных столба расположены в центральной части обоих этажей здания. Внизу, в подклетном этаже, они поддерживают простые коробовые своды, а в основном верхнем помещении - служат опорой более сложной системе перекрытия. Двустолпие сравнительно редко встречается в древнерусском культовом зодчестве, составляя совершенно особый архитектурный тип среди храмовых зданий XVI - XVII веков, распространенный преимущественно на северо-востоке Руси, в том числе и в Вологде. В 1793 году интерьер Никольского храма получил пышную барочную отделку, частично сохранившуюся и в настоящее время.