Историю Хамовников принято начинать с 1620-х годов, когда здесь, сразу за чертой Земляного города, появилась Хамовная слобода — поселение тверских ткачей, изготовлявших белое «хамовное» полотно. Ещё раньше поблизости находилась слободка кремлёвского Чудова монастыря, о которой напоминает название Большого Чудова переулка. Существовала и улица Чудовка, пролегавшая по трассе современного Комсомольского проспекта. В XVII веке Хамовная слобода, наряду с замоскворецкой Кадашёвской слободой, стала важнейшим центром текстильного производства в Москве. От этого времени сохранилась не только приходская церковь, но и палаты Хамовного двора — массивное кирпичное здание на улице Льва Толстого. Именно в Хамовниках при царе Петре I начала работу крупная полотняная мануфактура Ивана Тамеса, место которой впоследствии заняли Хамовнические казармы. Со временем здесь появились и дворянские усадьбы. Самым известным жителем Хамовников был Л.Н. Толстой, который в 1882 году приобрёл здесь усадьбу с деревянным домом. До прокладки в советское время Комсомольского проспекта в Хамовниках не было больших улиц, район считался окраинным и «тупиковым».
Деревянная церковь Николы в Хамовниках упоминается в документах с 1620-х годов. В 1657 году на её месте стоял уже каменный храм. Существующее здание, согласно храмозданной надписи, было заложено в 1679 году и освящено в 1682 году. Церковь представляет собой распространённый в XVII веке тип «посадского храма» с трехчастной архитектурной композицией: в одну линию поставлены собственно храм, низкая трапезная и шатровая колокольня над входным притвором. Массивный четверик храма с пониженной трехчастной апсидой увенчан пятиглавием. Главы храма — декоративные, внутри пространство перекрыто сомкнутым сводом. Особенностью церкви можно считать «пирамидальное» завершение из нескольких ярусов кокошников, причём нижние кокошники не отделены от плоскости стены и напоминают закомары. Несмотря на резные порталы дверей, наличники окон, цветные изразцовые вставки декор храма и трапезной довольно лаконичен по сравнению с другими «посадскими храмами» того времени. Это компенсируется раскраской фасадов: красно-зелёные декоративные элементы ярко выделяются на фоне белых стен. Стройная колокольня, напротив, почти целиком покрыта архитектурными украшениями: здесь есть наличники, колонки, карнизы-пояса, многочисленные изразцовые вставки. Шатёр колокольни прорезан 32 окошками-слухами. На стенах храма сохранились надгробные надписи XVII–XVIII веков, напоминающие о том, что некогда церковь была окружена приходским кладбищем.
Внешний вид церкви мало изменился со времени её постройки. Наиболее существенным добавлением стал придел святого Алексия Митрополита, освящённый в 1694 году. Придел примкнул к трапезной с южной стороны, при этом сама трапезная была перестроена, стала одностолпной и получила асимметричный план. В 1757 году в трапезной с северной стороны устроили второй придел — во имя святого Димитрия Ростовского.
Внутреннее убранство храма сильно пострадало в 1812 году, впоследствии оно было заменено новым. Основная часть церковного убранства относится к 1840-м годам, когда в главном храме был установлен четырёхъярусный иконостас и выполнены настенные росписи со сценами из Ветхого и Нового Заветов. 2 октября 1849 года церковь после «обновления» освятил московский митрополит Филарет (Дроздов).
Во время реконструкции церковь обрела свою главную святыню — икону Богоматери «Споручница грешных». Чудотворный образ с таким названием прославился исцелениями больных в Одрином монастыре в нынешней Брянской области. Монахи подарили список с чудотворной иконы подполковнику Д.Н. Бонческулу. Икона стала испускать необыкновенный свет и источать благовонное миро, поэтому подполковник не решился оставлять её у себя и в 1848 году отдал в свою приходскую церковь Николы в Хамовниках. Чудесные знамения от иконы продолжались и стали предметом расследования, которое не смогло опровергнуть их сверхъестественный характер. Тогда же в Москве разразилась эпидемия холеры, и несколько человек получили исцеление от иконы «Споручница грешных». Чудотворный образ получил широкую известность среди москвичей. В 1872 году в честь иконы заново освятили Димитриевский придел.
Особого внимания заслуживает и икона святителя Алексия в главном иконостасе, написанная царским изографом Иваном Максимовым в 1685 или 1686 году. У ног святителя помещено изображение Московского Кремля.
Уже в XIX веке знатоки старины оценили по достоинству исключительно хорошую сохранность внешнего вида Никольской церкви. Храм сохранил и сложную форму кровли, и разноцветную окраску фасадов. В 1894 году была предпринята попытка его реконструкции по проекту архитектора А.С. Каминского. Предполагалось, в частности, разобрать своды трапезной и увеличить высоту храма. Однако Московское археологическое общество запретило его перестраивать, специалисты в своём заключении назвали храм «лучшим архитектурным памятником древней Москвы».
Церковь Николы в Хамовниках оставалась действующей в советское время. Внутреннее убранство церкви осталось почти нетронутым, за исключением того, что было утрачено в 1922 году при изъятии церковных ценностей.
