Деревня Троекурово (так же Хорошёво или Никольское) известна с XVI века и, по-видимому, тогда уже имела свой деревянный храм, освящённый в честь Николая Чудотворца. После того, как село перешло от Годуновых во владение Троекуровых, там в 1640-х годах была возведена новая деревянная церковь, которая в начале XVIII века была заменена существующей каменной. Строительство нового храма продолжалось с 1699 по 1706 годы, при этом имя возводившего его зодчего до нашего времени не дошло, хотя выдержанный в стиле раннего московского барокко проект храма считается довольно оригинальным. Построенная одновременно с основным объёмом храма шатровая колокольня была в 1745 году заменена на сохранившуюся до сих пор трехъярусную башню.

С середины XVIII века и до закрытия храма в 1931 году его архитектурный облик существенных изменений не претерпевал. После закрытия венчавшие храм и колокольню главы кресты были сняты, внутреннее убранство утрачено, а бывшее здание церкви передано кожевенному заводу. В послевоенное время здание принадлежало организации «Совэкспортфильм», которая использовала его в качестве склада.

В 1991 году храм Николая Чудотворца в Троекурове был возвращён русской православной церкви, а спустя год в нём возобновились богослужения. Позднее внешний облик храма и колокольни был восстановлен.

С 1994 года при храме святителя Николая Мирликийского в Троекурове работает Центр по реабилитации бывших заключенных, трудновоспитуемой молодежи и наркоманов, созданный впервые в мире.

Храм открыт ежедневно с 9.00 до 20.00