La iglesia de San Nicolás responde en su trazado al clásico esquema de arquitectura religiosa del barroco murciano: cruz latina con capillas laterales comunicadas entre sí (para las advocaciones y cofradías), además de proporcionar un esquema estructural de contrafuertes muy adecuado.
Posee pilastras de orden gigante, arcos fajones que las continúan, bóvedas de cañón y cúpula en el crucero, todo ello diseñado con acertadas proporciones, de forma que confiere al templo una armonía que se percibe con nitidez cuando uno se deja envolver por el espacio. Una de sus características es que en el arranque de los arcos fajones se produce un "cornisamento" de gran potencia.
En el exterior destacar la cúpula de planta octogonal cuya techumbre se resuelve con perfil curvo-contracurvo. Ésta se eleva sobre el cuadrado del tramo central del crucero gracias a la incorporación en sus esquinas de unos bloques colocados en el encuentro de los tejados a dos aguas.
La autoría de la traza de la iglesia de San Nicolás se debe al fraile de la orden de los jerónimos Fray Antonio de San José, autor de múltiples edificaciones religiosas, entre ellas el monasterio de su orden en la Ñora. Se puede reconocer su mano también en la iglesia del Convento de Santa Ana y en la de Verónicas. En esos momentos Fray Antonio de San José ocupaba el cargo de maestro mayor del Obispado, lo que no impedía su participación en múltiples obras por la geografía española.
Cabe señalar como detalle de interés el gusto del autor por las soluciones "oblicuas" en su arquitectura barroca. Véanse los arcos de las capillas laterales, que con su esviaje presentan al espectador su cajeado y sus listones en relieve, produciendo un cierto efectismo decorativo de carácter geométrico que realza la propia arquitectura y que está en relación con la arquitectura matemática y geométrica del barroco valenciano.
Según los expertos es una de las obras más intelectuales y sujetas a una disciplina decorativa que sirvió de modelo a otras parroquias de la época como la fachada de la iglesia de San Pedro. En la iglesia de San Nicolás se consolidó la penetración de una nueva corriente que buscaba el énfasis en lo lineal, con tracerías geométricas.
Se empleaba un tipo de moldura que anunciaba el abandono de la frondosidad y la decoración fitomorfa en beneficio de un gusto más pausado y próximo al rococó. Según los profesores Hernández Albaladejo y Segado Bravo, el arquitecto José Pérez Descalzo que participó en la fase final de la construcción de San Nicolás, "introdujo un sistema combinado de cornisas y bocelones acodados que van enmarcando las ventanas y tribunas, con una decoración de rocallas limitada a puntos muy específicos, conforme a una normativa, de tal manera que la escultura nunca rompe el esquema y se alternan efectos geométricos con formas plásticas".
En la etapa final de la construcción de la iglesia, como ya hemos dicho, participó el arquitecto y tallista José Pérez Descalzo, que al ser maestro en la Corte (aunque de procedencia murciana) aportará detalles propios de modas internacionales. La ejecución de la obra fue llevada a cabo por su colaborador el maestro Lázaro, y parece ser que las yeserías se deben al retablista y decorador José Ganga Ripoll, distinguiéndose diferencias entre las yeserías de la nave y las del crucero.