Fundaţiile acesteia au fost descoperite în cursul unor cercetări arheologice din 1964, conduse de Márton Tarisznyás fostul director al muzeului din Gheorgheni. Potrivit rezultatelor sale biserica a avut o lungime de 25-28 m şi o lăţimea interioară de 6,5 m.

Deocamdată singurul element de datare al acestei bisericii este inscripţia cu anul 1498, aflată pe partea superioară a ancadramentului de piatră cu închidere în semicerc, păstrată pe latura vestică a parterului turnului. În interiorul primului nivel al turnului sunt ferestre gotice târzii înzidite, şi aceastea demonstrând că această parte a clădirii a fost ridicată în secolul al XV-lea.

În jurul anului 1756 vechea biserică a fost demolată aproape în întregime, construindu-se pe locul său biserica barocă, formă în care s-a păstrat până în zilele noastre. În concluzie putem să afirmăm că biserica gotică a avut o lungime de aprox. 24 m şi o lăţime interioară de 5 m. Nava a avut aceeaşi lăţime ca şi corul, iar turnul nu avut nici o legătură cu nava, deoarece în colţul sud-estic şi cel nord-estic a fost ridicat câte un contrafort.

În urma cercetărilor arheologice preventive s-a putut demonstra că biserica gotică Sfântul Nicolae din Gheorgheni a avut mai multe faze de construcţie. Din cauza deranjărilor stratigrafice şi în lipsa unor elemente certe aceste faze nu pot fi însă datate.

Au fost descoperite 27 de morminte în biserică şi în exteriorul acesteia.