Деревянный храм на месте нынешнего был основан не ранее 1593 года, вероятно одновременно с учреждением стрелецкой слободы. Во второй половине XVII века местным стрелецким полком командовал Богдан Пыжов, давший своё имя местности, храму и Пыжевскому переулку. Постройка основного объёма Благовещенского храма датируется 1672 годом (по другим источникам, 1657). В 1691 году устроены приделы в честь Антония и Феодосия Печерских и в честь святителя Николая, имя которого со времени и стало главным для «Николы в Пыжах». После разорения в 1812 году храм был восстановлен, начиная с 1848 года, на деньги купцов Ляминых.
Храм был закрыт в 1934 году, последним настоятелем до закрытия был преподобноисповедник О. Гавриил (Игошкин, 1888—1959). Храм возвращен РПЦ в 1990 году