Eretta attorno al 1660 per iniziativa di un notabile locorotondese, la chiesetta risulta stretta dalle alte case circostanti che lasciano in vista solo la scarna facciata, della cui originaria forma a capanna con campanile a veletta rimane ben poco. La struttura architettonica del piccolo edificio è assai semplice, ma originale: un'unica aula coperta anteriormente da una volta a botte e, per il resto, da una cupoletta con tamburo su pennacchi. Ad una tale combinazione corrisponde all'esterno l'innesto di un tetto a falde con il cono di un trullo, entrambi embricati con le consuete chiancarelle calcaree, il cui grigio ben contrasta con il bianco della calce. All'interno l'interruzione del cornicione sulla prima arcata, la presenza di una lesione in corrispondenza di esso lungo tutta la curvatura della botte ed alcune diversità di esecuzione della muratura, fanno pensare a momenti diversi di edificazione. Il piccolo ambiente sopraelevato, in corrispondenza della seconda arcata destra, era destinato a sagrestia e probabilmente, essendo aperto, fungeva anche da cantorìa. La superficie interna è in gran parte occupata da una ricca decorazione pittorica che segue una precisa divisione tematica: all'imposta della botte troviamo dieci riquadri (cinque per lato) con scene della vita e dei miracoli di san Nicola di Mira e, al di sopra, un teoria di angeli musicanti; sui pennacchi sono rappresentati i quattro Evangelisti, tra cui vale la pena notare il San Luca, pregevole per la inconsueta versione iconografica: questa vuole, infatti, che il santo venga raffigurato mentre ritrae una Madonna con Bambino in quanto risulta l'unico nei Vangeli che si soffermi a parlare di Maria. Ma al di là del fatto allusivo, ciò sembra corrispondere alla tradizione diffusa dai primi cristiani secondo la quale San Luca avrebbe effettivamente dipinto la prima immagine della Madonna, la cosidetta Hodigitria di Costantinopoli, in cui il bambino compariva sul braccio sinistro della Madre, così come nella raffigurazione del nostro pennacchio. Nei quattro scomparti del tamburo trovano posto scene di vita eremitica e, sull'intradosso della cupola, una serie festosa di cherubini ruotanti attorno all'Eterno Padre raffigurato con il classico globo terracqueo ed in atto benedicente. L'unico altare esistente è ornato da una edicola a timpano spezzato, di gusto tardo cinquecentesco, nel cui riquadro sono raffigurati san Nicola e sant'Antonio da Padova in adorazione del SS. Sacramento; la scena è completata in basso da un piccolo angelo che reca tre sfere d'oro, simbolo del santo di Mira. Infine ricordiamo, sempre sulla botte, la piccola balaustra circolare dipinta a trompe-l'oeil, ovvero a visione prospettica, entro cui è posta una colomba. Questa considerevole produzione pittorica può essere datata in parte negli anni immediatamente successivi all'edificazione, in parte (pennacchi, cupola e quadro dell'altare) tra fine `700 ed inizi `800. Sotto la seconda arcata di sinistra è collocato un basso rilievo in pietra della Crocefissione molto più antico della chiesa (la copertura policroma è più recente), e che mostra di essere stato tagliato in più parti; ciò avvalora una notizia riportata da uno storico dell'Ottocento secondo il quale esso venne ritrovato in una grotta nei dintorni di Locorotondo.
La chiesa è visitabile nei seguenti orari di apertura: 7,30-12,30 16,00-20,00.