В январе 1697 года в Москву было подано крайне важное донесение верхотурского воеводы Дмитрия Протасьева: на реке Нейве, что в пределах Каменного Пояса, Уральских гор, обнаружена железная руда. К донесению воевода приложил рудные образцы. Это сообщение имело стратегический характер, которое не заставило долго ждать. В 1697-1699 годах последовала серия именных указов, смысл которых сводился к следующему: «В Верхотурском уезде, на реке Тагиле и Невье, где сыскана железная руда, завесть вновь железные заводы». В первой половине 1700 года началось создание металлургического производства на Невье. Рядом вырос посёлок рабочих. 4 марта 1702 года Пётр I подписал указ о передаче Невьянского производства «оружейного железного дела мастеру» Никите Демидову, владельцу железоделательного завода в Туле. Никита Демидов развернул на Урале кипучую деятельность по созданию новых предприятий. К концу 1710-х — началу 1720-х годов он построил там несколько железоделательных заводов. Среди них был и Быньговский завод, заложенный в семи верстах от Невьянска. Дело отца продолжил его старший сын Акинфий, затем Прокофий. В 1769 году завод в Быньгах, как и другие невьянские заводы, был продан за восемьсот тысяч рублей его владельцем Прокофием Демидовым коллежскому асессору Савве Яковлевичу Собакину, впоследствии сменившему фамилию на Яковлев. После смерти Саввы Яковлева лучшая часть его наследства, в которую входил и Быньговский завод, досталась старшему сыну Петру. Именно он вскоре стал заказчиком Никольского храма, построенного в Быньгах вместо деревянной часовни.
Ещё в конце ХIХ века у старосты невьянского Спасо-Преображенского собора Якова Никитича Сухарева сохранялась копия датируемого 1788 годом предписания Петра Саввича Яковлева управляющему Ивану Суслову о строительстве церкви в Быньгах. В тексте говорилось: «Если можно, отлей в Быньгах церковь чугунную во имя Святителя Христова Николая; если этого нельзя сделать, то устрой там храм на славу, ничего не жалей, которому стали бы дивиться и которому не было бы веку». Тот же староста Яков Сухарев рассказывал легенду о том, что Пётр Яковлев дал зарок после смерти отца и начала делёжки имущества между наследниками: «Если бы мне достались Невьянские заводы, я непременно построил бы в Быньгах святителю Николаю такой храм, которому бы дивиться и которому не было бы веку». Помимо желания владельца, для строительства храма требовалось заручиться благословением епархиального начальства. Такое благословение было получено 1 сентября 1788 года от епископа Тобольского и Сибирского Варлаама Петрова. Работы по возведению здания начались уже в новом строительном сезоне — 10 мая 1789 года. Имя автора проекта, как и происхождение артели, строившей церковь, осталось неизвестно. Скорее всего, архитектором являлся местный уральский зодчий. Прямых указаний на это нет, но косвенно о том свидетельствует стилистика храма — в церковных формах заметны черты и уже сошедшего к концу ХVIII века барокко, и господствовавшего тогда классицизма. Столичные архитекторы вряд ли могли разработать проект смешанного характера, для провинциальных же зодчих подобные «симбиозы» были вполне характерны, за пределами столиц переходные формы архитектурных стилей существовали долго. Они и являют собой образцы интереснейших местных традиций. К осени 1796 года строительство завершилось. 15 сентября владыка Варлаам Тобольский, ставший тогда уже архиепископом, получил из Алапаевского духовного правления уведомление, «что вновь строящаяся в Быньговском заводе каменная церковь строением совершенно окончена и всем благолепием церковным и причтом снабжена». При этом колокольня, видимо, только закладывалась. 30 сентября 1796 года владыка Варлаам распорядился: «Того ради благословляем Вам, священнику Паршеву, означенную в Быньговском заводе во имя святителя Христова Николая Чудотворца церковь как с посланным при сем святым антиминсом, печатанным на атласе, по чиноположению церковному соборне освятить и по освящении велеть в ней священнослужение отправлять и по исполнении к нам рапортовать». Освящение церкви состоялось 24 января 1797 года.
«Храм расположен посреди завода на прекрасном месте, имеющем кругом большую церковную площадь. Он имеет форму креста с пятью главами и колокольней. Прекрасная архитектура храма в византийском стиле, со множеством карнизов и лепных украшений над окнами, с часами на колокольне… главы, украшенные золочёными крестами, всё это производит приятное впечатление», — так писал автор «Краткого исторического очерка Быньговского храма и прихода», опубликованного в «Екатеринбургских епархиальных новостях» к столетнему юбилею церкви. Вскоре после завершения строительных работ храм был расписан. Эти фрески не дошли до нашего времени. В 1819 году, после освящения северного придела в честь Успения Пресвятой Богородицы, решили разделить первоначально неотапливаемый храм на тёплую и холодную части. Для этого соорудили остеклённую перегородку, которая отгородила Успенский придел от остального пространства церкви. Здесь установили печи, и таким образом Никольский храм стал частично отапливаемым. Последствия такого переустройства оказались неутешительными. Причт получил возможность служить в тёплом приделе в зимнее время, но нарушилось температурное равновесие внутри здания. К тому же вход в отапливаемую часть церкви был из холодной её части, что ещё более способствовало увеличению влажности и сырости.
К середине ХIХ века фрески и позолота интерьеров поблекли, штукатурка во многих местах вовсе отвалилась, подвальные балки, державшие на себе могучие чугунные плиты, сгнили, в результате чего пол деформировался, а местами даже провалился. Ремонтные работы требовались и в иных местах: три деревянных крыльца церкви обветшали, храм нуждался в ограде, перестал отвечать своей задаче и тёплый Успенский придел — тепло из него выдувало, а дым зачастую попадал внутрь. Реставрация началась в 1852 году. Сначала на средства прихожан и при относительно небольших пожертвованиях со стороны хозяев Быньговского завода, наследников Петра Саввича Яковлева, была сооружена металлическая ограда на каменном основании с тремя воротами по трём сторонам света. В 1856 году духовенство храма во главе с настоятелем Николаем Варушкиным, при содействии епархиального начальства, смогло получить от заводских хозяев 2251 рубль серебром. Сумма отнюдь не астрономическая, но достаточная для выполнения серьёзного ремонта, которым и занялись уже в апреле 1857 года. Деревянные крыльца при этом разобрали, вместо них соорудили каменные, с парапетами и чугунными решётками. Дверной проём с западной стороны расширили, сделав его арочным. Кровельное железо заменили там, где этого требовала необходимость, и покрасили. Одновременно шла работа по внутреннему обновлению храма. Остеклённую перегородку между приделами уничтожили, в церкви установили пять печей, и, таким образом, храм целиком стал тёплым. Стены отштукатурили заново и покрыли краской. Подвал завалили песком и строительным мусором, утрамбовали с использованием извести, а поверх выстлали новый пол из таких же чугунных плит, которыми обложили крыльца. Важное событие в истории быньговского прихода пришлось на 1863 год. За счёт прихожан тогда был устроен южный придел в честь Сретения Господня. Придел можно считать мемориальным, он появился в качестве благодарности быньговских жителей Господу за отмену крепостного права. Об этом свидетельствуют деревянные резные «полотенца» в нижнем ярусе иконостаса, на котором начертано: «В память освобождения крестьян от крепостной зависимости». Образа для иконостаса Сретенского придела писал видный представитель невьянской школы иконописи Иван Прохорович Чернобровин.
В декабре 1925 года внутри Русской Церкви возникло крупное раскольничье движение, получившее название «григорианского раскола». Быньговский храм находился в юрисдикции раскольников, по некоторым сведениям, вплоть до его закрытия перед Великой Отечественной войной. Соборная молитва затихла под сводами Никольского храма в самом конце 1930-х годов. Тем не менее, отдельные богомольцы тайно собирались в Никольской церкви в течение всех лет его закрытия. «Открытие» богослужения возобновилось в нём в середине 1940-х годов, с относительным потеплением отношений между Церковью и государством. В одних источниках указывается 1946 год, в других — 1944-й год. Так или иначе, очевидно, что быньговская церковь простояла закрытой всего несколько лет и избежала тотального разорения. Со временем возобновления богослужений в Быньгах и до конца 1980-х годов настоятели храма менялись довольно часто. Приходу не хватало денег, ремонтные работы толком не проводились. В 1987 году настоятелем храма стал священник Виктор Зырянов, взявшийся за трудное дело восстановления обветшавшей церкви. По его словам: «Перед главным входом было настоящее болото, так как была проезжая часть и по ней ездили трактора и комбаины. Крыша протекала, и нам приходилось ставить вёдра и тазы. Но самое страшное было зимой, печи приходилось топить круглые сутки, они дымили и создавали угар. Стены покрылись копотью, настенную роспись нельзя было рассмотреть. В храме было множество оконных рам, которые за 200 лет рассохлись, стёкла периодически лопались. Зимой в храме температура опускалась до минус 10 градусов. Служить приходилось в шубе и в валенках, и так 20 лет».
В 1995 году указом Президента России быньговский Никольский храм был признан памятником архитектуры федерального значения. Но «ремонтное» дело сдвинулось с мёртвой точки лишь во второй половине 2000-х годов, когда нашлись благотворители. Большую поддержку церкви оказал лидер движения «Город без наркотиков» Евгений Ройзман, в сентябре 2013 года ставший мэром Екатеринбурга. Никольский храм, заложенный ещё при Екатерине II и освящённый уже при Павле I выстроен в стиле, переходном от барокко к классицизму. В плане он весьма необычен, представляя собой четырёхконечный крест, вокруг средокрестья которого описан квадрат со скошенными углами. По другому: четверик на кресте с концами в виде выступов с четырёх сторон. Торцы трёх сторон креста, северной, восточной и южной, имеют трёхгранные завершения, заканчивающиеся сверху главным алтарём, а по бокам — северным и южным порталами храма.
Исследователь Л. Д. Рязанов пишет: «Такой редкий, красивый план — сложный крест, очень похожий на цветок, словно крест «расцветший», — придаёт объёму здания компактность, даже камерность, а не слишком высокие вертикали колокольни и глав не нарушают ощущения «уютности» постройки». Интересное решение верхней части постройки. Купол храма покоится на большом центральном барабане. По углам размещены прямоугольные главки-башенки с барочными лучковыми фронтонами и сложными усечёнными шпилеобразными крышами, причём северо-восточная и юго-восточная башни высятся над апсидами боковых приделов. Изначально главки являлись световыми, затем их окна заложили, а на уровне переходов в основной объём храма соорудили ложные потолки. У северо-западной и юго-западной башенок потолки недавно были разобраны, оконные проёмы раскрыты и остеклены. Входы в храм оформлены классическими ордерными портиками с колоннами, аттиком и фронтоном; значение главного входа — западного — подчёркнуто спаренными колоннами. Фризы портиков украшены триглифами и розетками в метопах. Такие же розетки опоясывают стены храма по периметру под карнизом. Ниже розеток, вдоль всего периметра, идёт линия тройных тяг. Уровни размещения розеток на стенах церкви и во фризах совпадают, линия тяг переходит в архитрав, а линия карниза стен соответствует карнизу портиков, — тем самым создаётся единый декоративный переход от кровли к стенам по всему периметру постройки. Архитектурные формы объёма и деталей гармоничны, композиционно уравновешены. В фундаменты, под углами церкви, заложены массивные чугунные плиты весом до пяти тонн. Стены внутри перевязаны железными стяжками. Оконные проёмы усилены чугуном или железом, стропила — железные. В описании Никольской церкви 1897 года отмечается, что «по прочности и архитектуре это единственный храм на Урале». Оконные проёмы церкви — крупные, вытянутые по вертикали, имеют полуциркульное завершение. Наличники окон украшены в верхней части в виде треугольных перспективных фронтонов. Изначально часы Никольского храма имели циферблаты с трёх сторон и отбивали каждые 15, 30, 60 минут. В настоящее время они не действуют, хотя механизм их сохраняется в «рабочем» состоянии.
Храм обнесён оградой в 1852 году. В ограде — трое ворот, обработанных тосканскими полуколоннами, полуциркульными и килевидными архивольтами. Средняя часть возвышена и завершается аттиком. Редкостный по красоте небольшой сельский храм компактен и вместе с тем производит ощущение величественности.
