1868 m. Semeliškių miestelio gyventojai kreipėsi į vyskupiją prašydami jų miestelyje pastatyti cerkvę – juk artimiausia stačiatikių bažnyčia yra Vievyje, už 19 varstų nuo miestelio. Tais laikais, kol nebuvo gerų kelių ir modernių transporto priemonių, tai buvo didelis atstumas. Vilniaus ir Lietuvos metropolitas Josifas Semaška iš karto reagavo į šį prašymą. Jis pasiūlė Vilniaus generalgubernatoriui Aleksandrui Lvovičiui Potapovui prijungti Semeliškių miestelio katalikų bendruomenę prie gretimos Kietaviškių katalikų parapijos, o miestelio bažnyčią atiduoti stačiatikiams ir rekonstruoti katalikų maldos namus į cerkvę. Vilniaus generalgubernatorius A. L. Potapovas detaliai išnagrinėjo situaciją ir nusprendė palikti bažnyčią katalikams, o stačiatikiams rekomendavo ieškoti galimybių Semeliškėse pastatyti cerkvę pagal originalų projektą. Tiesa, skirtinguose šaltiniuose pateikiami skirtingi motyvai, kodėl buvo priimtas toks sprendimas. Aišku tik viena, kad katalikų parapija buvo labai didelė ir gausi (istorikų R. Laukaitytės ir G. Šlevio duomenimis ją sudarė 5624 asmenys), o besikurianti stačiatikių buvo žymiai – maždaug dešimtį kartų – mažesnė.

Pastatyti cerkvę Semeliškėse laikas atėjo XIX a. devintojo dešimtmečio pradžioje. 1893 m. Vilniaus eparchijos stačiatikių valdyba atsiuntė 200 vietų tipinio mūrinio pastato projektą, patvirtino statybos sąmatą. Tais metais Semeliškių dvarvietėje buvo pradėta statyti cerkvė, o 1895 m. šalia jos buvo leista statyti šventiko namą. Kaip pastebima Germano Šlevio knygoje, daugumą statybai reikalingų lėšų skyrė iždas, pinigų atseikėjo apskrities viršininkas Aleksejus Nikolajevičius Peikeris, aukojo ir vietiniai valstiečiai stačiatikiai.

Akmeninis cerkvės pastatas, sujungtas su varpine, iškilo centrinėje Semeliškių miestelio aikštėje. Kaip apibūdina habilituotas architektūros mokslų daktaras, profesorius Algirdas Miškinis, paskelbęs šimtus mokslinių straipsnių ir studijų apie miestų ir miestelių architektūrinius ypatumus, istorinę ir urbanistinę raidą, Semeliškių Šv. Nikolajaus Stebukladario cerkvės pastatas yra šio tipo statiniams būdingos struktūros, jį sudaro trys dalys: halė, jungtis ir varpinė. Šv. Nikolajaus Stebukladario cerkvė tapo vieninteliu ryškesniu gyvenvietės akcentu, nes gerokai nutolusi medžių apsupta Šv. Lauryno bažnyčia Semeliškių vaizdui didesnės reikšmės neturi.