Najprawdopodobniej przed świątynią Junony, będącej również patronką macierzyństwa, znajdowała się kolumna Lactaria (czyli kolumna Mleczna), pod którą podrzucano niechciane dzieci. Zabrać mógł je każdy, kto zechciał. Obyczaj ten praktykowano aż do VI wieku, gdy cesarz Justynian ustanowił surowe kary dla matek w ten sposób pozbywających się potomstwa, co de facto w żaden sposób nie zmniejszyło liczby niechcianych dzieci, ale zmieniło formę uwalniania się od nich na bardziej brutalną. Od tego czasu dzieci takie po prostu wrzucano do Tybru. Ale zanim się to stało, pod koniec IV wieku świątynie zamknięto w związku z dekretem cesarza Teodozjusza Wielkiego, zabraniającym praktykowania pogańskich kultów. Przez wieki kompleks świątynny niszczał. Najprawdopodobniej budowle zaanektowano dla chrześcijańskiego kultu w VII albo VIII wieku, a jedną ze świątyń zamieniono na więzienie (stąd fragment wezwania kościoła „in carcere”, co po włosku znaczy „w więzieniu”). W XI wieku chylące się ku ruinie przybytki odnowiono i zintegrowano, tak że powstała z nich jedna przestrzeń. Z centralnej świątyni Junony stworzono nawę główną, natomiast z wąskich, oddzielających budynki uliczek – nawy boczne. Te z kolei wspierały się na kolumnadach dwóch pozostałych, obmurowanych w tym czasie świątyń – Spes i Janusa. Resztę bocznych świątyń rozebrano – posłużyły jako materiał budowlany. Wraz z modernizacją nadano kościołowi obecne wezwanie. Jego patronem został Mikołaj z Miry, którego żywot tonie w mgle legend, niemniej zna go każdy – to on jak żaden inny święty przetrwał w wyobraźni ludowej i nawet w dzisiejszych czasach cieszy się popularnością – w wielu krajach 6 grudnia przychodzi do grzecznych dzieci i rozdaje prezenty, ale o dziwo nie czyni tego w Italii. Jego kult, szeroko rozpowszechniony w imperium wschodniorzymskim, dotarł do Italii dopiero w IX wieku, wraz z translacją relikwii Mikołaja do Bari. Kolejna translacja części szczątków, tym razem już do samego Rzymu, nastąpiła w 1087 roku, co było bezpośrednim powodem nadania kościołowi imienia tego świętego. Niewykluczone, że pomysł wyszedł od zamieszkującej tę okolicę greckojęzycznej ludności Wiecznego Miasta, silnie związanej z tym świętym.

Kolejna odsłona dziejów kościoła nastąpiła pod sam koniec XVI wieku, gdy unowocześniono jego wnętrze, a projekt nowej fasady o wyszukanej, eleganckiej formie stworzył Giacomo della Porta. Pomysłodawcą tych zmian był kardynał Pietro Aldobrandini (bratanek papieża Klemensa VIII z rodu Aldobrandini), którego heraldyczne gwiazdy do dziś widnieją na elewacji i we wnętrzu świątyni. Jego nazwisko umieszczono również na fasadzie budowli, którą dodatkowo dekorują dwa reliefy – jeden przedstawia św. Mikołaja, drugi dwóch świętych – najprawdopodobniej Marka i Marcelina.

Z biegiem lat wokół kościoła zaczęły wyrastać ściśle do niego przylegające budowle, za sprawą których przez stulecia ukrywał on swe starożytne korzenie. W średniowieczu rozległe podziemia świątyni służyły jako miejsce pochówków, a do XIX wieku wykorzystywane były również jako sceneria odprawianych egzorcyzmów.

Dopiero w 1932 roku, w czasach Benito Mussoliniego, gdy przystąpiono do rozbiórki średniowiecznej tkanki miasta, narosłej wokół Teatru Marcellusa, i wytyczania nowej arterii komunikacyjnej (dziś via del Teatro di Marcello), oswobodzono starożytny przybytek z późniejszych naleciałości. Skoncentrowano się przy tym na centralnej części fasady, odkrywając tym samym antyczne kolumny po bokach. Aby wzmocnić strukturę budowli, odbudowano dużo wcześniej rozebraną średniowieczną dzwonnicę, a właściwie wieżę.

Schodząc do podziemi kościoła, można zobaczyć doskonale zachowane fragmenty podiów trzech wspomnianych świątyń i dzielące je uliczki. Pochodzą z III i II wieku p.n.e.. Najlepiej widać pozostałości świątyni Junony wraz z narosłymi wzdłuż jej boku pomieszczeniami, do dziś skrywającymi swe przeznaczenie. Jedni uważają, że były tu więzienia, inni, że biura i kantory handlowe oraz pokoje strażników Forum Holitorium.

Późnorenesansowe wnętrze dzisiejszego kościoła jest eleganckie, ale niezbyt bogate w znaczące obiekty sztuki. Koniecznie należy zwrócić uwagę na fragment renesansowego fresku, przedstawiający Madonnę z Dzieciątkiem.  Innym dziełem pochodzącym z tej samej epoki jest obraz kaplicy bocznej (po lewej stronie od wejścia) przedstawiający Zmartwychwstanie Chrystusa (1503), przypisywany warsztatowi Lorenzo Costy. Natomiast w kaplicy Aldobrandinich odnajdziemy freski barokowego malarza Giovanniego Baglione, który przeszedł do historii głównie z tego powodu, iż był biografem Caravaggia, zresztą go nieznoszącym. Ten bowiem w sarkastyczny sposób i bez pardonu wypowiadał się o braku talentu swego kolegi po fachu.

Malowidła w absydzie, drewniany strop z heraldycznymi symbolami papieża Piusa IX, podobnie jak większość dekoracji malarskich wnętrza, pochodzą z XIX wieku, kiedy to po raz kolejny podjęto się renowacji kościoła. Oglądając pozostałe malowidła, nie dajmy się zmylić: barokowe płótna zdobiące to sakralne wnętrze to kopie znanych oryginałów.