Точная дата создания первой Никольской церкви не установлена, но Рубцово в 1586 году упомянуто как село, то есть церковь в нем уже существовала (иначе местность называлась бы деревней). В 1615 году сгоревший храм был возобновлен и освящен в присутствии царя Михаила Федоровича, уже создавшего рядом свой загородный дворец. Связь с династией Романовых сохранялась и в дальнейшем: в 1635 году при церкви появился придел во имя святой Ирины – в честь царевны Ирины Михайловны.

Позднее при новом деревянном здании появился престол во имя апостолов Петра и Павла, святых покровителей Петра I. Главный престол освящен в честь Николая Чудотворца. После пожара 1763 года началось строительство каменной церкви, завершенное в 1766 году. При этом Ирининского придела уже не было: чуть поодаль была создана отдельная церковь святой Ирины, сохранившаяся до наших дней на улице Ф. Энгельса.

Строение Никольской церкви традиционно: трехъярусная колокольня с запада, прямоугольная трапезная, основной четверик, увенчанный небольшой главкой, алтарные апсиды на востоке. В 1889–93 годах четверик и трапезная были расширены, алтари приделов выдвинуты в одну линию с алтарной апсидой главного престола. При этом фасады были обработаны в псевдорусской стилистике, наличники окон выполнены со «щипцовыми» завершениями, карниз украшен ширинками. Колокольня начала XIX века при этом сохранила классицистический облик. Главный престол остался Никольским, сохранилось посвящение одного придела в честь апостолов Петра и Павла, а место Ирининского занял Покровский придел.

Храм закрыт в 1931 году и стал хлебозаводом имени 1 мая. Здание серьезно пострадало и было искажено пристройками, колокольня утрачена до первого яруса, трапезная надстроена вторым этажом. В 1992 году здание вернули православной общине в аварийном состоянии. В 1995 году были возобновлены богослужения. Сегодня церкви возвращен ее исторический облик.