L’existence d’une paroisse à La Thuile est attestée dans des documents du XIIème siècle. Il ne reste aucune trace de l’église plus ancienne: l’église actuelle fut reconstruite au XVème siècle puis encore au XVIIIème siècle, suite aux dévastations provoquées par le passage des troupes françaises.
Il s’agit d’un bâtiment en croix latine avec des absides en demi-cercle. Les murs internes de l’église furent décorés par le peintre Ettore Mazzini en 1945-46, pour réaliser le vœu fait par la population de La Thuile pour obtenir la protection divine pendant la seconde guerre mondiale. Le clocher, qui date probablement du XIV - XVème siècle, est constitué d’une tour carrée en pierre enduite, ornée d’arcs suspendus aux deux derniers étages. La flèche date du XVIIIème siècle.
Le tabernacle en bois doré, du XVIIIème siècle, provient du couvent de la Visitation d’Aoste, supprimé au début du dix-neuvième siècle. Saint Nicolas, patron de l’église et de la paroisse, est peint dans l’abside latérale gauche.

La légende raconte que le crucifix en bois du XVème siècle, qui surplombe l’autel, aurait miraculeusement échappé à une tentative de profanation. Les soldats français qui, en 1794, avaient tout détruit sur leur passage, voulurent l’abattre, tout d’abord avec des cordes mais n’y réussissant pas, ils essayèrent de l’atteindre en marchant sur la corniche interne de l’église; certains d’entre eux périrent dans cette entreprise, les autres abandonnèrent et le crucifix resta à sa place. Une inscription sur la voûte rappelle l’événement.