Die St. Nikolauskapelle wurde 1330 erstmals geweiht.
Die geostete St. Nikolauskapelle ist ein im Grundriss quadratischer, von einem Netzrippengewölbe überspannter Raum mit 5/8-Chorschluss. Durch zwei große, auf einem mittleren Sandstein-Rundpfeiler und zwei seitlichen Halbpfeilern ruhende Bogenöffnungen ist die Kapelle mit einem eingeschossigen Vorraum verbunden.
Über dem Vorraum liegt das durch zwei spitzbogige Fenster vom Kapellenraum getrennte Oratorium. Die Langhaus-Außenmauern und die Chorfundamente der Kapelle zählen noch zum mittelalterlichen Baubestand des Schlosses.
Die Glasfenster wurden von den Brüdern Neuhauser aus der Innsbrucker Glasmalereischule nach Entwürfen August Wörndles angefertigt.
Im 16. Jahrhundert ließ Erzherzog Ferdinand II. sie unter der Leitung des Baumeisters Giovanni Lucchese umbauen: Der Vorraum erhielt zwei neue Eingangstüren, eine vom Burghof her, die andere über die westlich angrenzende Sakristei. Neuerliche bauliche Veränderungen folgten erst im 19. Jahrhundert, als Schloss Ambras von Erzherzog Karl Ludwig, der im Jahr 1855 Statthalter von Tirol geworden war, als Wohnsitz adaptiert wurde.
Das Gewölbe des Schiffs wurde erneuert und die sehr schadhaften Wandmalereien des 16. Jahrhunderts wurden abgeschlagen. Der Innsbrucker Maler August Wörndle erhielt den Auftrag, die Kapelle neu zu gestalten. Er orientierte sich dabei stilistisch an den Nazarenern, ikonografisch an den ursprünglichen Malereien des 16. Jahrhunderts, die vom Innsbrucker Buchbinder Franz Vischer 1834 „in Umrissen abgezeichnet“ worden waren.
Dargestellt sind unterhalb der Langhausfenster an der Nordwand die Geburt Christi, der lehrende Christus und die Kreuzigung, an der Südwand Auferstehung, Himmelfahrt und die Sendung des Heiligen Geistes, im Chorbogen in einer spitzgiebeligen gemalten Nische der Heilige Josef und die Unbefleckte Empfängnis.
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