Pierwsze wzmianki o kościele w Chrzanowie spotykamy w okresie jagiellońskim. Jan Długosz w księdze uposażeń kościelnych napisał, że „Chrzanów miasto ma kościół murowany". Nie przekazał jednak wiadomości, kiedy i przez kogo kościół ten został wzniesiony. Z innych dokumentów wynika, że w 1429 r. Mikołaj Rot murarz krakowski odbiera zapłatę 48 grzywien i 1 wiardunek za budowę kościoła parafialnego pod wezwaniem św. Mikołaja. Wysokość otrzymanego wynagrodzenia wskazuje na rozległy zakres prowadzonych robót. W 1446 r. kościół, do którego przylegał zapewne cmentarz, został otoczony murem. Plebanem w Chrzanowie był wówczas Jan, którego wymienia dokument z 1443 r. Istnienie murowanego kościoła parafialnego pod wezwaniem św. Mikołaja w Chrzanowie potwierdzają też dane z lat następnych. Wiele więc wskazuje na to, że prezbiterium tego kościoła jest najstarszą zachowaną budowlą w Chrzanowie.
W połowie XVI w. do gotyckiego prezbiterium i nawy dobudowano południową kaplicę. W 1598 r. kościół posiadał cztery ołtarze (św. Mikołaja, Matki Bożej, św. Anny i Bożego Ciała), chrzcielnicę, tabernakulum oraz chorągiew i latarnie, które noszono przed kapłanem udającym się do chorego. W murze znajdowały się cztery furtki, w zachodniej części dziedzińca kościelnego znajdowała się kaplica św. Rocha oraz drewniana dzwonnica z trzema dzwonami. Przy kościele znajdował się cmentarz, szpital i szkoła parafialna. W połowie XVII w. od strony północnej postawiono kaplicę św. Stanisława (fundatorem był kasztelan biecki Andrzej Samuel Dembiński). Pod kościołem znajdowały się cztery podziemia, w których chowano wybitnych mieszczan m.in. Jana Wartałę Wartalskiego i Franciszka Wolnego. Kościół palił się trzykrotnie: w 1646, 1726 i 1748 r.
Miasto się rozwijało i na początku XX w. postanowiono o poszerzeniu kościoła. Projekt rozbudowy opracował Stanisław Oszacki. Rozbudowę przeprowadzono w latach 1912–1914, gdy proboszczem był ks. Jakub Kamieński. Świątynię konsekrował książę biskup Adam Stefan Sapieha 24 czerwca 1921 r. Z dawnego kościoła pozostało prezbiterium i kaplica św. Stanisława. W 2000 r. rozpoczęto prace przy renowacji świątyni.
W prezbiterium znajduje się ołtarz główny z 1882 r., dedykowany patronowi kościoła, według projektu inż. Franciszka Urbańczyka. Ołtarz został zbudowany na zlecenie ks. Władysława Głębockiego (proboszcza w Chrzanowie w latach 1881-1907). W ołtarzu umieszczono barokowe figury pochodzące z kościoła Mariackiego w Krakowie: św. Joachima, św. Anny, króla Dawida i czterech aniołów. Obraz św. Mikołaja w głównym ołtarzu, jak również św. Stanisława w kaplicy bocznej, malował Michał Stachowicz (1768 -1825). Obraz św. Stanisława został umieszczony prawdopodobnie w 1824 r., kiedy z Czernej sprowadzono ołtarz z czarnego marmuru. Badania wskazują, że wyrzeźbiono go dla kościoła w Czernej około 1600 r.

Ze starych i cennych przedmiotów w kościele św. Mikołaja można wymienić wczesnorenesansowy świecznik spiżowy, wykonany w 1534 r. przez Hansa Fischera w Norymberdze i barokową chrzcielnicę z 1648 r. Na bocznym filarze umieszczona jest mała mozaika przedstawiająca Matkę Bożą z Dzieciątkiem. Jest to dar Henryka Loewenfelda, który otrzymał ją od papieża Leona XIII.