Il progetto architettonico del nuovo edificio appartiene a Onofrio Antonio Gisolfi, anche se a causa dell'interruzione del cantiere per via della peste che colpì la città nel 1656, che provocò tra l'altro la morte dello Gisolfi, i lavori ripresero successivamente nel 1668 sotto la guida di Cosimo Fanzago che li condusse fino alla conclusione dell'opera avvenuta nel 1682, grazie anche ai contributi del cardinale Diego Innico Caracciolo di Martina. In quest'occasione furono trasportati in chiesa le reliquie di san Nicola di Bari (la falangina di un indice) custodite fino ad allora a Scala, intitolando così la chiesa allo stesso santo. Alla fine del secolo risalgono le opere pittoriche di Francesco Solimena compiute sulle pareti frontali del transetto, nei lunettoni laterali al finestrone posto sulla parte superiore della controfacciata e sulla volta della navata.

Nel Settecento la facciata venne rifatta da Salvatore Gandolfo seguendo un progetto di modernizzazione avviato dal Solimena e mai completato. Alla prima metà dello stesso secolo risalgono inoltre altri lavori decorativi dell'interno: di Paolo De Matteis sono le pitture dell'abside, gli affreschi della sua volta e i peducci della cupola, tutte del primo decennio; di Francesco De Mura invece sono gli affreschi della cupola, datati 1734. Nel 1716 intanto la chiesa trovò la sua consacrazione per mano del cardinale Francesco Pignatelli.

Durante i dieci anni di presenza francese nei primi dell'Ottocento, l'espulsione dell'ordine portò la chiesa ad ospitare il "Corpo del Genio" mentre nel 1843 la struttura fu interessata da interventi di restauri da Guglielmo Turi. Nel 1943 i Pii Operai per evitare l'estinzione si unirono per volere della Santa Sede alla Congregazione dei Catechisti Rurali; altri importanti lavori strutturali e conservativi si sono poi avuti nel corso della metà del Novecento.

Nella chiesa furono sepolti il pittore napoletano Bernardo Cavallino, il venerabile padre Antonio Torres che, nell'ordine dei Pii Operai, operò a Napoli distinguendosi per la generosità ed il servizio dato ai malati colpiti dalla peste del 1656, e il venerabile beato Carlo Carafa, che fu portato qui dalla chiesa di San Giorgio Maggiore nel 1969 in quanto padre fondatore della congregazione dei Pii Operai.