Wahrenholz wird in den ältesten Urkunden Virinholt, Vyrinholt oder Vorinholt genannt. Die Bedeutung des Namens ist unklar. Die Gegend war bereits in der Jungsteinzeit (4000 - 2000 v. Chr.) dünn besiedelt. Die eigentliche Geschichte von Wahrenholz beginnt um das Jahr 994 n. Chr., als Bischof Bernward von Hildesheim eine Reihe von Grenzbefestigungen anlegte, um die Ostgrenze seines Bistums vor den Wenden zu schützen. Eine dieser Burgen befand sich in der Nähe der Mühle am Ostufer der Ise. Dort ließ Bischof Bernward auch eine Kapelle des Hl. Lambert errichten.

Bischof Konrad von Hildesheim (1221 - 1246) trennte das Kirchspiel Wahrenholz von der Archidiakonatskirche Hankensbüttel. Wahrscheinlich ließ er den unteren, gotischen Teil des Kirchturms erbauen, an den später ein steinernes Kirchenschiff angebaut wurde. Aus dieser Zeit stammt die Uhrglocke, die noch in Betrieb ist und die Viertelstunden schlägt, und der Taufstein, der jetzt im Turmeingang steht. Die Kirche wurde nach dem Hl. Nikolaus, Bischof von Myra, und der Hl. Katharina, einer Märtyerin Anfang des 14. Jahrhunderts, St. Nicolai- und Catharinen-Kirche benannt.

1528 wird die Reformation in Wahrenholz eingeführt. Der letzte Mönch, der hier eine Messe las, verirrte sich in einem kalten, schneereichen Winter auf dem Heimweg nach Hankensbüttel und erfror. An ihn erinnert das “Mönchskreuz” im Großen Leu. Daraufhin wurde Wilcken Gardner als erster lutherischer Pastor nach Wahrenholz berufen. Um 1600 stirbt mehr als die Häfte der Einwohner an der Pest. In der Zeit des Dreißigjährigen Krieges (1618 - 1648) wird die Kirche ausgeraubt und verwüstet. 1661 brennt das Pfarrhaus ab, dadurch gehen die Kirchenbücher verloren. Kirchliche Eintragungen sind erst ab dem Jahr 1687 zu finden. Unter Pastor Hartge wurde 1724 ein neues Pfarrhaus gebaut, das bis 1970 stand. Von 1822 - 1824 wird das Kirchenschiff wegen Baufälligkeit von Grund auf neu erbaut. Die Baukosten beliefen sich 21.000 Reichstaler. Am 19. Mai  1826 vernichtet ein Brand zwölf Bauernhöfe. Die Hermannsburger Erweckungsbewegung findet unter Pastor Christian Achilles (1880 - 1900) Raum in der Gemeinde. Eine Frucht dieser Bewegung ist der Posaunenchor Betzhorn, der 1881 von Lehrer Mühe gegründet wurde. Bis heute engagiert sich die Kirchengemeinde für das Ev. luth. Missionswerk in Hermannsburg.

1862 - 1864 werden der Kirchturm nach dem Entwurf von Baurat Hase und 1903 / 04 der Altarraum erweitert und die Emporen eingebaut. Der Kanzelaltar zeigt auf der Vorderseite vier Bilder nach Schnorr von Carolsfeld: die Bergpredigt (unter der Kanzel), der Gekreuzigte (in der Mitte), Opferszene von Kain und Abel (unten links), Opferung Isaaks (unten rechts). An den Seitenwänden sind Petrus mit dem Himmelsschlüsel und Paulus mit dem Schwert des Glaubens zu sehen. Der Altar wurde bei der Restaurierung 1984 wieder in den ursprünglichen naturfarbenen Zustand zurükversetzt.

Bei Renovierungsarbeiten kam es am 26. August 1982 zu einem schweren Unfall, an den das Glasfenster von Helge Breig in der Schießscharte im Turmeingang erinnert.

Erwähnt werden sollen auch die letzten Pastoren, die der Gemeinde viele Jahre treu dienten und sie entscheidend prägten: Pastor Wilhelm Werthmann (1936 – 1970), Pastor Friedrich Weseloh (1971 – 1997) und Pastor Hans-Ulrich Kruse (1997 – 2009). Seit August 2009 ist Lars-Uwe Kremer als Pastor in Wahrenholz, nachdem er drei Jahre lang in einer Innenstadtgemeinde in Bremerhaven tätig war.

Die Kirchengemeinde ist bemüht, ihre guten Traditionen zu bewahren und sich gleichzeitig den Herausforderungen der heutigen Zeit zu stellen. Bemerkenswert ist das ehrenamtliche Engagement von vielen Jugendlichen und Erwachsenen und die gute Qualität der Kirchenmusik.

Die Kirche ist das ganze Jahr über in der Zeit von 10 bis 16 Uhr für Besichtigung und persönliche Stille geöffnet. Wochenschlussandachten finden sonnabends um 17 Uhr (während der Winterzeit) bzw. um 18 Uhr (während der Sommerzeit) statt.

Der Sonntagsgottesdienst beginnt um 10 Uhr, Kinder im Alter von 5 bis 11 Jahren treffen sich ebenfalls um 10 Uhr in der Kirche und setzen dann ihren Kindergottesdienst im Küsterhaus fort.