У період до 1861 року на території тодішньої Миколаївки-Вирівської не було жодного навчального закладу.

За архівними даними, Іоанно-Богословський храм у нашій Миколаївці будувався в 1894-1905 роках на кошти прихожан та вдови Івана Герасимовича Харитоненка. Храм, церковно-приходська школа і декілька будинків зводилися за проектом відомого на той час архітектора Б.І. Мартіна.

1895 р. почала діяти однокласна церковно-приходська школа, розрахована на 100 учнів. Регулярно її відвідували 35 дітей,переважно із сімей заможних селян. Діти селян-бідняків не мали можливості пройти повний курс навчання,оскільки в господарстві батьків відчувалася нестача робочих рук.

В селі Миколаївка-Вирівська земство відкрило трьохкласну школу в 1914р. До 1926 р. школа називалась земською. У цей час на території Миколаївської сільської ради діяли дві трудові школи і семирічка. Навчанням охоплено 325 дітей.

1927 р. за ініціативою молоді було створено кілька груп лікнепу, кожна із яких охоплювала 10 хат.

З 1934 р. земська школа стала семирічною, однак переважно більшість населення Миколаївки-Вирівської залишилась неграмотною.

Перший випуск середня школа здійснила у 1937 році, а всього їх було 64.

У 1969 р. побудоване нове приміщення школи (нинішній корпус старших класів).

1989 рік школа святкує своє 75-річчя.

У 2001-2002 н.р. встановлено автономну котельню з газовим опаленням в головному корпусі.

2003-2004 н.р. відбулося відкриття комп’ютерного класу з 11 сучасними комп’ютерами.

На початку 2005-2006 н.р. закінчено будівництво нового шкільного приміщення. У цьому ж році обладнано клас 5-ма сучасними комп’ютерами.

З 2016 року почався етап модернізації закладу. Замінені вікна, оновленні меблі та засоби навчання.

З 2017 року у Миколаївській спеціалізованій школі почавсь "капітальний ремонт", який триває до сьогодні.

Восени 2021 року Миколаївський ЗЗСО І-ІІІ ступенів знову почав свою реконстракцію.