Prace budowlane, od początku nadzorowane przez ucznia Schinkla Ludwiga Persiusa trwały do września 1837 roku, kiedy to kościół został poświęcony. Ze względu na koszty nie zrealizowano zawartej w projekcie kopuły z bębnem. Brakującą część budowli wykonano z inicjatywy króla Fryderyka Wilhelma IV w latach 1843-1850, kiedy to do kościoła dodano także cztery narożne wieże. Ostateczny kształt świątyni różnił się nieco od projektu Schinkla, ponieważ Ludwig Persius dokonał w nim kilku zmian z powodów statycznych. Po śmierci Persiusa w 1845 roku kierownictwo nad realizacją projektu objął Friedrich August Stüler.
14 kwietnia 1945 roku, podczas związanego z II wojną światową i przeprowadzonego przez lotnictwo brytyjskie bombardowania Poczdamu, kościół św. Mikołaja został znacznie zniszczony. Kolejnych zniszczeń doznał w wyniku dokonanego przez Armię Czerwoną w ostatnich dniach II wojny światowej ostrzału artyleryjskiego. Krótko po zakończeniu działań wojennych rozpoczęto odbudowę świątyni.