Существующая сегодня в сильно повреждённом состоянии Никольская церковь является редким примером использования в местном культовом строительстве форм допетровской архитектуры. Кроме данного памятника эта особенность характерна лишь для старообрядческого Крестовоздвиженского храма 1909 года. Необходимо упомянуть, что в других типах сооружений Сызрани XVIII-XX веков тенденция решения эклектичных зданий в древнерусской стилистике вообще не нашла сколько-нибудь значительного отражения.
Своеобразие Никольской церкви заключается в том, что в качестве образцов для стилизации в данном случае были выбраны выполненные в лицевой кладке раннесредневековые храмы, восходящие к византийской традиции. Монолитный характер и повышенные пропорции главного объёма постройки, плоскостность её фасадов, наличие крупной гранёной апсиды и высокие арочные окна, контуры которых в верхней части подчёркнуты плоскими полуциркульными архивольтами.
Никольская церковь расположена в центральной части города, недалеко от бывшей крепости. Храм, выполненный в лицевой кирпичной кладке, возвели неподалёку от Казанского собора в соседнем квартале. Также как и собор, единоверческую церковь поставили в восточном углу квартала, зафиксировав место пересечения улицы и переулка.
Первоначально здесь находилась деревянная Никольская церковь, освящена 4 декабря 1859 года, появление которой было обусловлено политикой российского государства в отношении старообрядцев, предпринимавшего попытки примирить последних с православием. Симбирская губерния не упоминается среди крупных центров старообрядчества, но его приверженцы жили и здесь, причём подавляющее их большинство сосредоточивалось именно в Сызрани. Данные 1859 года свидетельствуют о том, что из 723 раскольников обоего пола Симбирской губернии, непосредственно в Сызрани проживало 477 человек.
После опустошительного пожара, произошедшего в Сызрани в 1906 году «от единоверческой церкви не осталось и следа». На её месте в 1913 году поставили дошедший до нашего времени каменный храм с таким же названием.
Никольскую церковь, выполненную в лицевой кирпичной кладке, отгородили от окружающего пространства довольно высокой кирпичной стеной, поставленной по красной линии вдоль улицы и переулка. Поверхность ограды, расчленена лопатками и завершена фризом, образованным тремя рядами поребрика. Главный объём храма представляет собой двусветный четверик, в первом ярусе которого имеются крупный дверной проём и меньшие по размеру, фланкирующие его оконные. Арочных окон второго света всего пять. С одной стороны к основному объёму примыкает прямоугольная с граненым выступом в центре апсида, а с другой — трапезная с трёхмастными окнами. Декоративное убранство храма включает ленточный руст, равномерно покрывающий стены всех объёмов, аттик с рядом одинаковых полукруглых кокошников, опоясывающих поверху четверик, и обрамления арочных окон, образованные плоскими, выложенными из кирпича выступами, напоминающими архивольты, опирающиеся на тонкие полуколонки в нишах по сторонам от проёмов. Декоративная кирпичная кладка Никольской церкви служила средством пластического обогащения её слаборасчленённых фасадов.
