Prema predaji crkvu su sagradili bizantski redovnici, bazilijanci, koji su se ovdje sklonili nakon što im je bio srušen samostan na susjednom otočiću Palaciolu.
Najstariji sačuvani dio crkve koji datira iz vremena oko 1400. godine bila je jednostavna jednobrodna građevina nadsvođena šiljastim svodom, čiji se ostaci mogu vidjeti u svetištu današnje crkve. Naime, crkva sv. Nikole u 18. stoljeću potpuno je preuređena nadogradnjom novog, puno prostranijeg broda na postojeći stariji brod, koji postaje prostorom svetišta.
Kako se tijekom 19. stoljeća sav život Velog Lošinja preusmjerio na područje oko gradske luke, tako je ova najstarija velološinjska crkva gubila na važnosti i postala „crkvom na osami“.
