Известно, что в начале XVII века в Карачарово уже существовал деревянный Никольский храм, но дата его постройки не установлена. В Смутное время село было уничтожено, а вместе с ним и церковь. Восстановлена она была лишь в конце XVII века. В тот период времени владельцем села был князь Шаховской. Позже оно принадлежало князю Прозоровскому, затем — Екатерине I (в начале XVIII века). Владельцы села сменялись достаточно часто: императрица завещала Карачарово графу Скавронскому, затем оно было собственностью графа Разумовского и, наконец, княгини Гагариной.
Каменная церковь была построена в конце XVIII века по велению графа Разумовского. Здание было выстроено из кирпича, отдельные детали были выполнены из белого камня. Позже церковь была оштукатурена. Здание построено по образцу московской Космодамианской церкви. Впрочем, Никольский храм копирует московскую церковь не полностью, есть и отличия: венчающие части карачаровского храма решены в духе барокко (тогда как в целом строение выдержано в стиле классицизма). Композиция объемов здания достаточно сложна, в то же время декоративные элементы сведены к минимуму.
Сегодня церковь нуждается в серьезных ремонтно-восстановительных работах, но ее очертания и пропорции по-прежнему радуют глаз. Закрытый в 30-е годы XX столетия, храм долгое время пустовал и медленно разрушался; этот процесс продолжается и сегодня, несмотря на то, что здание получило статус памятника архитектуры федерального значения. Впрочем, для любителей и истории и ценителей архитектурных шедевров эта церковь, даже не отреставрированная, представляет и всегда будет представлять огромный интерес.
