В исторической литературе можно встретить указания на то, что Шехтель на Соломенной Сторожке не просто воспроизводил мотивы старинной церковной архитектуры (о храме писали, что он построен «в стиле древних шатровых церквей Вологодского края»), но следовал обмерам одного из реально существовавших храмов Русского Севера. Известный ученый и краевед А.В. Чаянов считал храм на Соломенной Сторожке «прекрасно выполненной современной копией древнерусской деревянной церкви», «хорошей иллюстрацией для главы о древних шатровых церквах, описанных в «Истории русского искусства» Игоря Грабаря».

Храм вмещал 100 человек. В иконостасе церкви находились специально собранные для нее ценные иконы XVI—XVII веков. Царские врата, представлявшие собою копию царских врат Федоровского собора в Царском Селе, также были украшены иконами XVI века. Стоит отметить и конструктивную особенность Никольской церкви — это был каркасный (и потому неотапливаемый) храм. В 1926 году, незадолго до смерти, Шехтель, продолжавший заботиться о своем детище, намеревался обложить каркас — для тепла — бревнами. Тогда же зодчий предлагал настоятелю расписать внутренние стены церкви; эту работу он хотел поручить своим детям, Льву и Вере.

С Никольской церковью иногда ошибочно связывают биографию другого знаменитого зодчего — мастера русского конструктивизма 1920-х годов Константина Мельникова. Мельников действительно родился на Соломенной Сторожке, но встречающимся в литературе сведениям о том, что он мальчиком пел здесь в церковном хоре, а затем учился иконописи, вряд ли стоит доверять. В год освящения Никольской церкви Мельникову было уже 26 лет, и он давно жил в другом районе Москвы.

Храм продолжал действовать после революции. 6 апреля 1922 года из него было изъято 7 фунтов серебра в ходе кампании по реквизиции церковных ценностей. Часто приходил в храм его архитектор. Для Федора Шехтеля, жившего на даче по соседству, в Петровском-Разумовском, встреча со своим любимым творением была одной из немногих радостей, отпущенных ему в 1920-е годы. Он приходил к причастию, приводил в церковь свою маленькую внучку.