Ältester Teil des Sakralbaus ist die im 1. Drittel des 13. Jh. spätromanisch-frühgotische Doppelturmfront, die zu einer Kurzbasilika gehörte und an die ist um 1400 ein polygonaler Chor angefügt worden war. Das Langhaus wurde als nie vollendete spätgotische Hallenkirche um 1510/20 zwischen diese beiden Bauteile eingefügt. 1750–52 kam es unter Leitung des Freiberger Ratszimmermeisters Johann Gottlieb Ohndorff und unter Beteiligung des Dresdner Oberlandbaumeisters Johann Christoph Knöffel (1686–1752) zu einem grundlegenden Barockumbau. Nach Verwahrlosung ist die Kirche 1996–2002 zu einer Konzerthalle umgestaltet worden, wobei die barocke Grundstruktur erhalten geblieben ist.

Das Innere wird von dem Barockumbau mit einer auf den Emporenpfeilern ruhenden Muldendecke, dem barocken Altar im gotischen Chor und der Kanzel inmitten des Raumes im Sinne eines gerichteten protestantischen Zentralbaus bestimmt. Den Altar schufen die Dresdner Meister Gottfried Knöffler (Bildhauer) und Christian Wilhelm Ernst Dietrich (Maler) im Jahre 1752. Die Kanzel aus demselben Jahr ist ein Hauptwerk des Hainichener Bildhauers Johann Gottfried Stecher. Von der romantischen Orgel Johann Gottlob Mendes aus dem Jahr 1845 hat sich in Freiberg nur der Prospekt erhalten (das Werk war 1976 nach Wismar verkauft worden).

Quellenangaben: Dehio Sachsen II, 1998, S. 275–277; http://de.wikipedia.org/wiki/Nikolaikirche_(Freiberg)