Инициатива создания больницы принадлежала сенатору графу А. Апраксину, лейб-медику Н. Арендту и доктору К. Фридебургу, который стал ее первым директором. Почетным попечителем больницы был начальник Третьего отделения граф А. Бенкендорф, а после его смерти – новый управляющий Третьим отделением генерал-лейтенант Л. Дубельт. Больше всех на покупку зданий для больницы пожертвовали заводчики братья Демидовы – Анатолий и Николай Павловичи (более 57 тысяч рублей серебром). К 25-летию со дня основания больница стала называться Николаевской – в память императора Николая I.
Детей из бедных семей в больнице принимали бесплатно и в первую очередь. Прием шел круглосуточно.
До 1842 года больница размещалась в доме 73 по Екатерингофскому проспекту, у Аларчина моста, затем на Большой Подъяческой, 30. По тем временам лечебное учреждение считалось весьма благоустроенным: там были отдельные пристройки для коревого, оспенного и скарлатинного отделений и даже отдельные комнаты для матерей или нянь с детьми.
Наконец, в 1916 году больница переехала во вновь построенные здания на углу Уфимской и Вологодской (ныне Чапыгина) улиц. Для большей изоляции инфекционных больных была использована павильонная система. В послереволюционное время больница получила имя врача-педиатра Н. Филатова.