Прародительницей нынешней церкви считается упоминаемая в летописях с 1628 года деревянная церковь Николы во Псарях. Название возникло в связи с переводом сюда во второй половине XVII века государева псарного двора. Приходская община неоднократно переселялась в пределах города и каждый раз перевозила с собой храм. В 1695 году псарный двор разместился на постоянной основе в урочище Три Горы, за Трёхгорной заставой. С 1762 по 1775 год на месте деревянного храма в селе Новое Ваганьково был возведён каменный с тремя престолами. До начала XX века церковь была сравнительно небольшой, но в 1860 году к ней пристроили пространную трапезную и высокую колокольню. Так как пристройки не гармонировали со архитектурой старой церкви, в 1900—1902 годах по проекту архитектора Георгия Кайзера была полностью перестроена и сама церковь. Вновь отстроенная церковь была освящена 1 декабря 1902 года. В начале 1920-х годов храм был разграблен, а в 1929 году перестроен, при этом колокольня и купол храма были разрушены, а вместо входного тамбура пристроен монументальный портик. Этот портик (в немного изменённом виде) был сохранён и после восстановления храма. С конца 1920-х годов вплоть до начала 1990-х годов в его помещениях размещался клуб, а позднее Детский дом культуры (ДДК) имени Павлика Морозова, это же название с 1939 до 1992 года носил нынешний Нововаганьковский переулок.