Военное училище было основано указом Александра I 9 мая 1823 года и в 1825 году въехала в бывший дворец Чернышева на Исаакиевской площади. В 1839 году, с началом строительства Мариинского дворца, в западное крыло которого был включён Чернышевский дворец, Школа гвардейских подпрапорщиков и кавалерийских юнкеров переехала в специально сооружённое для неё здание на Ново-Петергофском проспекте. В 1859 году училищу было присвоено имя императора Николая I, а в 1864-м за ним окончательно закрепилось название Николаевского кавалерийского.

Среди выпускников училища - известные генералы российской армии и Белой гвардии Карл Густав Эмиль Маннергейм (будущий маршал и президент Финляндии), Константин Константинович Мамонтов, Иван Георгиевич Эрдели, Сергей Георгиевич Улагай, Владимир Оскарович Каппель и другие. 9 мая 1916 года перед фасадом училища был торжественно открыт памятник Михаилу Юрьевичу Лермонтову (скульптор Б.М.Микешин; тогда же Ново-Петергофский проспект был переименован в Лермонтовский); в одном из залов юнкера с гордостью показывали посетителям "след от лермонтовской школы", ничуть не смущаясь тем, что поэт учился ещё во дворце Чернышева, а в новом здании никогда не бывал. В 1914 году в сквере на проспекте были установлены бюсты ещё двоих знаменитых "николаевцев" - композитора Модеста Петровича Мусоргского и учёного-путешественника Петра Петровича Семёнова-Тянь-Шанского (автор - В.В.Лишев). в 1926 году оба бюста по неясным поводам были уничтожены и, соответственно, в 1989 и 1987 годах восстановлены по проекту А.П.Тимченко.