В апреле 1865 года в Ницце в особняке парка Бермон от тяжёлой болезни скончался русский Наследник Цесаревич Николай Александрович, сын императора Александра II.

В том же году в Петербурге князем Петром Андреевичем Вяземским, присутствовавшим при кончине наследника, были опубликованы мемуары «Вилла Бермон», в которых он предлагал выкупить виллу Бермон в собственность России и возвести в нём храм в память покойного великого князя. Император приобрёл виллу, где 2 (14) марта 1867 года была заложена Никольская часовня. 26 марта (7 апреля) 1869 года она была освящена в присутствии великого князя Александра Александровича.

Мраморная часовня была построена в византийском стиле и установлена на высоком основании. Проект часовни был составлен архитектором Д. И. Гриммом. Строителем часовни был Франческо Ботта, настенную роспись создал А. К. Фишер. Бронзовые двери были изготовлены в Лионе Николя Розье. Стоимость строительства составила 140.000 франков, половину суммы выделил император. Для ухода за часовней был создан специальный комитет.

В память о скончавшемся муниципалитет Ниццы назвал близлежащую улицу бульваром Царевича. На месте, где стояла кровать Цесаревича, находится чёрная мраморная плита и чугунный крест, а также стоит небольшой алтарь.

К началу 1890-х годов для разросшейся русской общины в Ницце стала недостаточной приходская церковь святителя Николая Чудотворца и царицы Александры. Первым проектом (в 1874 году) было расширение существовавшей часовни при условии, что она станет алтарной частью новой церкви.

По мысли Георгия Лейхтенбергского для церкви было выбрано место виллы Бермон. В 1896 году на Лазурный Берег прибыла вдовствующая императрица Мария Фёдоровна. По просьбе русской общины Ниццы и в память о погибшем царевиче император Николай II и Мария Фёдоровна приняли под своё покровительство строительство храма.

Строительную комиссию возглавляли: с 1899 года — герцог Георгий Лейхтенбергский, с 1907 года — посол А. И. Нелидов, с 1909 года — обер-гофмаршал князь С. М. Голицын.

Закладка храма была совершена 12 (25) апреля 1903 года протоиереем Сергием Любимовым в присутствии великих князей Михаила Николаевича и Михаила Михайловича, князя Болгарского Фердинанда, великой княгини Анастасии Михайловны, принцессы Беатрисы Саксен-Кобург-Готской, герцога Георгия Лейхтенбергского и герцогини Марии Эдинбургской.

План храма составил М. Т. Преображенский. Строительные работы велись под наблюдением местных архитекторов: сначала Фомберто, затем Барбе, Жозефа Марса и Анри Стеклена при участии Филиппо Кьятиа и Икавитца.

Строительство затянулось в связи со спорами в общине, а 1906 году строительные работы за недостатком средств были приостановлены; предполагалось упростить проект ради экономии. В 1908 году император Николай II пожертвовал из своей личной казны 700 000 франков, на которые были возведён купол и закончены основные строительные работы. Другим жертвователем был ктитор князь С. М. Голицын, выделевший 400 000 франков. Общая стоимость строительства храма составила более 1 500 000 франков.

Храм был освящён в 4 (17) декабря 1912 года викарием Московской епархии епископом Дмитровским Трифоном (Туркестановым), за 2 дня до тезоименитства императора Николая II, в присутствии герцога Александра Лейхтенбергского и великой княгини Анастасии Михайловны.

Святейший Синод постановил считать храм соборным, однако наружные и внутренние работы не были полностью завершены.