Церковь Николая Чудотворца расположена с западной стороны Спасо-Преображенского собора, примыкает к западной стене Кремля. Церковь построена около 1558 года. Первоначально это были белокаменные двухэтажные трапезные палаты с церковью, прямоугольное в плане двухэтажное здание, с одностолпной трапезной палатой на втором ярусе и аналогичным помещением хлебни на первом. С востока к трапезной палате примыкала церковь с полукруглой апсидой. В XVII веке второй этаж перестроен в кирпиче, перекрыт коробовым сводом, с севера к трапезной пристроены покои настоятеля.
В 1815 году церковь перестроена по проекту архитектора А. Шмидта. Здание Г-образное в плане, двухэтажное, состоит из двух разновременных объемов, храма с трапезной и покоев настоятеля. Подклет сохранился с XVI века, сложен из белого камня, со сводчатым одностолпным помещением под трапезной и перекрытым коробовым сводом подцерковьем. Объем храма с трапезной, прямоугольный в плане, с асимметрично расположенной апсидой. Покои настоятеля примыкают к трапезной с севера. Западная стена опирается на боевой ход прясла 2-3, между Юго-Западной и Преображенской башнями Кремля. Храмовую часть завершает четверик, перекрытый единой со всем зданием кровлей. Купол, завершавший четверик, утрачен в советское время. Первоначальная декоративная отделка фасадов подклета на сохранилась, окна фасадов второго яруса украшены полукруглыми сандриками с изображением креста XIX века. С 1993 года в здании велись реставрационные работы, подрядчик ТатСНРУ, автор проекта реставрации архитектор Г. Гаязова. После реставрации церковь вошла в комплекс «Музея археологии Республики Татарстан».
