La Chiesa di San Nicolò fu edificata attorno alla seconda metà del Duecento come sede ravennate dell'ordine degli Eremiti Agostiniani, in sostituzione della precedente Chiesa di San Nicolò dei Britti o in vineis (VIII secolo d.C.) che si trovava all’esterno delle mura della città.
Nel corso di alcuni recenti restauri sono stati individuati affreschi trecenteschi forse di scuola bolognese, ascrivibili al rifacimento del 1364. L’edificio è costituito da una navata unica con abside, sulla facciata si trovavano alcuni bacini ceramici di età romanica dei quali sono visibili gli incassi nella muratura.
La chiesa ha subìto molte modifiche nel corso dei secoli, le più significative sono quelle apportate dal padre agostiniano Cesare Ponti, allievo del Guercino, che alla fine del XVII secolo affrescò le due cappelle di S. Agostino e S. Monica e realizzò le sette pale d'altare.
La chiesa fu usata in funzione religiosa sino al 1866. Da quel momento l'aula di culto fu destinata dapprima a deposito di macchinari, e in seguito, dopo essere stata venduta al Ministero della Guerra, divenne un maneggio militare. Durante questo periodo subì continue spoliazioni che, nonostante il restauro del campanile avvenuto tra il 1911 e il 1912, proseguirono fino al 1921, quando la chiesa fu adibita a garage militare. Parte dell’antico portale di San Nicolò orna dal 1980 la facciata di Sant’Agata Maggiore.
Il complesso di San Nicolò - di proprietà del comune dal 1983 - accoglie dal 2011 lo spazio espositivo TAMO - Tutta l’Avventura del MOsaico, dedicato alla storia del mosaico e al ruolo culturale che ha avuto nella città di Ravenna, dall’antichità a oggi.