В 1806 году, по распоряжению Н.Н.Демидова, на речке Шайтанка была образована деревня Павлушина, названная в честь 8-летнего сына Демидова - Павла, как поселение рабочего люда. Однажды, проезжая по Невьянскому тракту, Н.Н. Демидов заметил, что между Нижнетагильским и Невьянским заводами имеется расстояние более 50 верст, на которых нет никакого селения. Деревню основали, выигранные в карты Демидовым крепостные крестьяне, жители Черниговской и Рязанской губерний. Павлушина была самой большой деревней в Тагильском округе. По данным 8-й ревизии, в ней проживало 953 человека.

В 1828 году в связи с началом разработки в округе золотых и платиновых приисков большая часть населения работали на приисках.

К концу 19 века в селении имелось 15 торговых лавок, ренсковый погреб (магазин, торгующий виноградными винами), казенная винная лавка и 2 пивных.

Церковь в с. Николо-Павловское. 1987 г.jpg
Церковь в с. Николо-Павловское
1987 год

Николо-Павловским село стало называться с 1872 года, когда был построен первый храм во имя святых Николая и Павла, который в 1883 году был уничтожен пожаром. В 1893 году в селе построена каменная церковь (ныне церковь Николая Чудотворца). 

В 1906 г. в селе открылось земское училище, а в 1912 г. появился фельдшерский пункт. В деревне насчитывалось 761 двор, число жителей составляло 4779 человек. 

В 1917 году, в селе, под командованием Самойлова-Монзина, был организован партизанский отряд. В 1918 году село заняли белогвардейцы. После долгих издевательств и допросов белогвардейцы большую часть арестованных коммунистов вывезли в сторону станции Анатольская и расстреляли, среди которых были: Д.К. Самойлов-Монзин, С.Ф. Богойко, И.М. Скотников, В.Е. Гаврилов, М.П. Иванов. 

Памятник героям Гражданской войны.jpg Памятник с плитами фамилий односельсчан, павшим в годы Великой Отечественной войны. 2010 г.jpg
Памятник героям
Гражданской войны
Памятник с плитами фамилий 
односельчан, павших в годы 
Великой Отечественной войны. 
2010 год

После восстановления Советской власти, расстрелянных красноармейцев опознали и перезахоронили на площади около церкви, где в 1958 году был установлен памятник по проекту преподавателей Уральского училища прикладного искусства.
В 1918 году образован сельский Совет крестьянских, рабочих и красноармейских депутатов. В 1919 году село входило в состав Николо-Павловской волости Верхотурского уезда Екатеринбургской губернии. 

В 1920 году в селе организована изба-читальня. В 1929 году открыта семилетняя школа колхозной молодежи, в которую принимались подростки для ликвидации неграмотности и подготовки для работы в сфере сельского хозяйства (ныне МБОУ СОШ № 5). 

С началом Великой Отечественной войны из Николо-Павловского сельского Совета было призвано 681 чел., 445 не вернулось с фронта.

В ноябре 1941 года учащиеся школы приняли активное участие в сборе средств на постройку танковой колонны «Свердловский комсомолец». Руководители сельсовета систематически оказывали материальную помощь семьям красноармейцам, для них в 1942 году была организована специальная столовая.

Артамонов А.А., Герой Советского Союза.jpg Вид мемориала воинам умершим от ран в годы Великой Отечественной войны в госпитале №1714. 1990 г.jpg
Артамонов А.А.,
Герой Советского Союза
Вид мемориала воинам умершим от ран
в годы Великой Отечественной войны
в госпитале №1714. 1990 год

Уроженец села Артамонов Алексей Алексеевич - погиб 30 июля 1941 года в воздушном бою на Южном фронте, таранив вражеский разведывательный самолет, 27 марта 1942 года ему посмертно присвоено звание Героя Советского Союза.

В 1944 году в селе появилось электричество и радио. В октябре 1949 года на территории села была организована машинно-тракторная станция, обслуживающая 9 колхозов Нижнетагильского и Висимского районов (в 1957 году ликвидирована).

Вблизи села в 1975 году открыт мемориальный комплекс воинам, умершим от ран в госпитале №1714.

Работницы теплицы совхоза Николо-Павловский. 1990 г.jpg
Работницы теплицы совхоза
Николо-Павловский. 1990 год

В феврале 1961 года в селе организован молочно-овощной совхоз «Николо-Павловский» на базе подсобных хозяйств ОРСа НТМК, подсобного хозяйства завода «Пластмасс», подсобного хозяйства треста «Тагилстрой» и колхоза «им.Сталина». В 1975 году совхоз награжден переходящим Красным Знаменем ЦК КПСС, а в июне 1988 года коллектив совхоза награжден дипломом Совета Министров РСФСР и ВЦСПС за победу в республиканском социалистическом соревновании. В 1992 году совхоз был преобразован в ТОО «Николо-Павловское» (в настоящее время не действует).

В тепличном комбинате Николо-Павловского совхоза.jpg 
В тепличном комбинате Николо-Павловского
совхоза (слева направо: Л.А. Курманова,
бригадир овощеводов совхоза; Б.Н. Ельцин,
секретарь обкома КПСС) 1980 год

В 60-70-е годы заметными темпами развивалось овощеводство в совхозе, на полях выращивалось по несколько сотен тонн капусты, в парниках – по десятку тысяч килограммов огурцов. Агроном Л.И. Бринк, бригадиры Л.А. Курманова, М.Н. Овчинникова были не только хорошими организаторами производства, но и инициаторами внедрения передового опыта. Тепличница Е.Я. Рухлова за высокие урожаи первой в районе награждена орденом Трудового Красного Знамени, а А.Ф. Дербышева не раз признавалась лучшей тепличницей района.

В июне 1962 года в селе создана районная ветеринарная лечебница на базе Николо-Павловского ветеринарного пункта.

В 1971 году сдан в эксплуатацию клуб на 300 мест, в июле 1975 года принят в эксплуатацию детский сад на 140 мест, в 1978 году организована пожарная команда.

Вид здания школы. 2000-е гг.jpg
Вид здания школы. 2000-е гг

В декабре 1980 года принято в эксплуатацию новое здание школы на 624 учащихся, в сентябре 1982 года сдан в эксплуатацию детский сад на 160 мест. В селе работали детский кинотеатр «Искра» и клуб «Малышок» при доме культуры, в 1988 году открыта детская музыкальная школа.

Уборка капусты в совхозе Николо-Павловский. 1980 г.jpg
Уборка капусты в совхозе
Николо-Павловский. 1980 год

В 1981 году на территории села располагались предприятия и учреждения:

- совхоз «Николо-Павловский»;

- Николо-Павловское районное объединение «Сельхозтехника», производившее ремонт тракторов, комбайнов;

- Пригородное районное объединение «Сельхозхимия»;

- Николо-Павловская ПМК-8;

- средняя школа и детский сад;

- участковая больница на 25 коек;

- амбулатория и фельдшерский пункт;

- Дом культуры;

- библиотеки;

- отделение связи;

- газовая котельная.

В марте 1991 года в селе создана детская школа искусств, в феврале 2008 года открыта общая врачебная практика, в августе 2014 года построен стадион «Импульс».

Звание «Почетный гражданин» Пригородного района присвоено жителям поселка: Глудину Геннадию Филипповичу, Дербышевой Анне Федоровне, Рассадникову Василию Георгиевичу, Шигабеевой Любови Григорьевне, Шилоносову Николаю Васильевичу.

В настоящее время на территории села располагаются: центр культуры, средняя школа, детские сады, детская школа искусств, библиотека, общая врачебная практика, аптека, многофункциональный центр, почтовое отделение, отделение Сбербанка, ветеринарная лечебница, церковь и др.

По состоянию на 1 января 2015 года число жителей составляет - 5072 чел.

Вид здания Николо-Павловской территориальной администрации.jpg Вид аптеки и кулинарии. 1987 г.jpg Новый микрорайон в с.Николо-Павловское. 1990 г.jpg
Вид здания Николо-Павловской территориальной администрации Вид аптеки и кулинарии. 1987 год Новый микрорайон в с.Николо-Павловское. 1990 год