Antigament era coneguda amb el nom de Sant Feliu de Arraona, ja que era la parròquia del castell que portava el mateix nom i en l'interior del qual es van trobar restes de la vil·la romana d'Arraona. El primer cop que tenim notícies del temple daten de l'any 1007. Posteriorment, en 1391, va perdre la condició de parròquia, en traslladar-se aquesta a la vila de Sabadell. Es va fundar aleshores el benefici de Sant Nicolau i és en aquest moment que es canvia l'advocació del temple. De mica en mica es va anar abandonant el temple, fins que en 1702 va ser necessari fer-hi algunes reformes.

El temple és de reduïdes dimensions amb una sola nau, molt curta, i un absis. Tots dos espais són de planta rectangular i estan coberts amb volta de canó. Sorprèn el fet que la volta de la nau és perpendicular a la de l'absis.

L'aparell amb que es va construir l'absis és molt més irregular, que no pas el de la nau, on observem els carreus més ben tallats i disposats uniformement. Això ens fa pensar en dues etapes constructives diferenciades.

En el costat nord es van construir altres dependències, que no ens han arribat. Només s'han conservat un arc de mig punt i l'arrencada d'un altre.

El temple s'il·lumina gràcies a cinc finestres d'una sola esqueixada. Les dues de l'absis tenen forma d'espitllera per l'exterior. Les dues que il·luminen la nau des del mur oest són en forma de creu i la del mur sud de la nau està protegida per un arc de mig punt.

La porta d'accés es troba en el mur oest i està formada per un senzill arc de mig punt. adovellat

Durant les obres de restauració es van trobar diversos fragments de vidre i ceràmica grisa del segle XI, així com nombroses petxines i closques d'ou.