Une première chapelle Saint-Nicolas fut construite au XIIIe siècle, en dehors des murs de la ville. Trop petite, elle fut remplacée par une église plus vaste au XIVe siècle, mais celle-ci fut très endommagée pendant la guerre de Cent Ans.
D’importantes réparations furent donc entreprises au début du XVe siècle. En réalité, l’église fut presque entièrement reconstruite de la fin du XVIe siècle au début du XVIIIe siècle, à la suite de sa destruction en 1562 pendant les guerres de religion. Seuls le clocher-porche et une partie de la façade occidentale sont des vestiges de l’édifice médiéval.
Cette reconstruction tardive s’est effectuée dans un style gothique très archaïsant et en imitant de nombreuses dispositions de la cathédrale (chœur à déambulatoire, chapelle d’axe, tour-lanterne).

L’essentiel de la nef a été reconstruit de 1576 à 1614. Faute d’argent on n’a pas pu reconstruire une façade digne du nouvel édifice et l’on a conservé le petit clocher-porche médiéval. L’apparence de la nef est assez austère : peu de moulures, décoration sculptée peu abondante... Cela tient au fait que la reconstruction en était confiée au soin des paroissiens dont les finances étaient modestes.

Le chœur est d’apparence plus monumentale. Il donne une impression d’espace, de luminosité, voire d’une certaine richesse. Sa reconstruction était en effet à la charge du chapitre des chanoines de la cathédrale, plus aisé que les paroissiens de Saint-Nicolas. Ce chœur à déambulatoire est parfaitement daté grâce à une inscription qui en situe les travaux entre 1620 et 1622. De fait, son décor sculpté (clefs de voûtes des bas-côtés, frises, bustes d’angelots) est dans le style baroque en vogue sous Louis XIII. Toutefois, les chapiteaux des colonnes du chœur imitent le style gothique du XIVe siècle.

Faute d’argent, le chœur ne fut pavé et voûté qu’au XVIIIe siècle. Le transept a été construit entre 1615 et 1660 et voûté en 1665. Quant à la tour-lanterne, elle n’a été terminée qu’en 1701.

L’église, endommagée en 1944 a fait l’objet depuis 1946 d’importants travaux de restauration qui se sont achevés en 1996. Saint-Nicolas de Coutances est, avec les églises de Granville et de Villedieu-les-Poëles, un bon exemple de la permanence des constructions gothiques en pleine période classique.