Murowana, trójnawowa bazylika powstała w latach 1739–1745 według projektu F. Placidiego lub K. Granackiego (?) dla zakonu trynitarzy.
W 1842 r. w bezpośrednim sąsiedztwie kościoła powstał gmach konwiktu jezuickiego, skasowanego w 1848 r. Od 1851 r. w jego murach urządzono nową siedzibę Uniwersytetu Lwowskiego (po 1918 r. tak zwany stary gmach uniwersytecki), w związku z czym kościół św. Mikołaja stał się świątynią uniwersytecką. W okresie II Rzeczypospolitej w tak zwanym starym gmachu uniwersyteckim przy ul. św. Mikołaja 4 mieściły się instytuty Wydziału Matematyczno-Przyrodniczego.
Kościół św. Mikołaja posiada dwuspadowy dach z sygnaturką na osi, wydłużoną prostokątną apsydę i krzyżowe sklepienia we wnętrzu. Budynek wyróżnia się wysokim frontonem, którego dynamiczny kształt jest charakterystyczny dla stylu barokowego. Również wnętrze wypełniają motywy barokowe – wśród nich ołtarz główny wykonany przez Sebastiana Fesingera oraz ambona w kształcie Łodzi Piotrowej.
W tym właśnie kościele, w poniedziałek 24 stycznia 1938 r. Józef, Róża i mały Alban Kofflerowie przyjęli z rąk ks. Stanisława Narajewskiego sakrament chrztu świętego. Świadkami byli Zofia i Wojciech Gołuchowscy.
Parafia św. Mikołaja była jedną z większych lwowskich parafii (sięgała aż po okolice Parku Stryjskiego) – w 1929 r. liczyła blisko 17 tys. wiernych. Obejmowała południową część Śródmieścia, w tym ulicę Chmielowskiego, przy której mieszkał Józef Koffer. Do parafian należał niejeden wykładowca Uniwersytetu Jana Kazimierza we Lwowie, wśród nich profesor Adolf Chybiński i profesor Jan Czekanowski. W 1930 r. podczas jednej z mszy niedzielnych zabrzmiała Missa Papae Marcelli Giovanniego Pierluigiego da Palestriny poprowadzona przez Józefa Chomińskiego.
