Церковь впервые упомянута в источниках второй половины XVI века: «В Муроме на посаде за городом государя и царя и великого князя двор против Николы Мокрого…». В XVI веке храм имел два придела: мученика Феодора Стратилата и святых Косьмы и Дамиана. Рядом стояла деревянная церковь преподобных Зосимы и Савватия Соловецких. Упоминание о Николо-Набережной церкви содержится и в Писцовой книге г. Мурома 1636/1837 гг., где церкви названы «строением государевым».
В 1700 году началось строительство каменного Никольского храма. Его возводил московский священник Дмитрий Христофоров в память о своём отце — священнике Никольской церкви протоиерее Христофоре. В 1707 году была получена благословенная грамота на строительство и в 1714 году в новопостроенной церкви уже установлен иконостас. В 1717 году для храма Николы Набережного знаменитый муромский иконописец Александр Казанцев исполнил изображения двенадцати сивилл — пророчиц, якобы предсказавших рождение Иисуса Христа. В 1717 году храм был освящён.
В 1803 году к храму была пристроена трапезная с приделом Сошествия Святого Духа. В 1847 году появился новый придел в честь священномученика Власия — покровителя животных, так как в числе храмоздателей были купцы Суздальцевы-Ушаковы, занимавшиеся торговлей скотом.
Церковь была закрыта в 1940 году. В 1950—1960-х годах в храме размещалась птицефабрика. В конце 1960-х годов Николо-Набережную церковь передали городскому музею, который предполагал создать в ней экспозицию, посвященную реке Оке и выставку деревянной скульптуры (на тот период вся коллекция хранилась в храме). В последующие годы храм пустовал.
В 1991 году церковь была передана Владимиро-Суздальской епархии Русской православной церкви для возобновления в ней богослужебной жизни. 9 июля 1993 года в храм были перенесены мощи св. праведной Иулиании Лазаревской, ставшие главной святыней храма.
До революции в церкви находилась икона XIV века почитаемая в городе чудотворной — образ Николая-чудотворца. Теперь он принадлежит Муромскому музею