De bouwaanvrage voor de Nederlands-Hervormde Noorderkerk werd door de kerkvoogdij van de Nederlands-Hervormde gemeente te Bilthoven gedaan. Als bouwmeester was aangesteld ir. J.B. baron van Asbeck. In juni 1954 werd de bouwvergunning verleend. Men kreeg ontheffing voor de bouwhoogte van de toren, waarvoor volgens artikel 31 van de bouwverordeningde norm 12 meter was . Er werd toegestaan dat de toren (inclusief de klokkenstoel) 19,37 meter hoog mocht worden, dit in verband met de bijzondere bestemming van het gebouw. Ook Gedeputeerde Staten van Utrecht gaven in juni van dat jaar officieel toestemming voor de bouw van de kerk, die circa 350 zitplaatsen telt.

De kerk werd op 22 mei 1955 in gebruik genomen. De kerkelijke gemeente bestond toen al 10 jaar. Tot 1955 werd er in het gymnastieklokaal van de Van Dijckschool (zie bij Scholen/Dijckschool van) gekerkt.

De klokken van de Noorderkerk zijn in 1955 door gieterij Van Bergen uit Midwolda gegoten. De grootste klok heeft een diameter van 78 cm en weegt 300 kg. De toonsoort is c 2. Het opschrift luidt: Gegoten door Jabocus van Bergen te Midwolda 1955. Op de mantel staat: De jeugd van Bilthoven schonk mij om de gemeente te roepen tot de gemeenschap met Jezus Christus. De tweede klok, ook van gieterij Van Bergen, heeft een diameter van 69,8 cm en weegt 215 kg. De toonsoort van deze klok is d 2. Het opschrift van deze klok luidt: Gegoten door Jacobus van Bergen te Midwolde 1955. Op de mantel staat: De burgerlijke gemeente schonk mij.

Na jarenlange onderhandelingen zijn de hervormden, gereformeerden en lutheranen in mei 2005 gefuseerd. De Noorderkerk werd een kerk behorend bij de Protestante Kerken Nederland (PKN). Ook de Dorpskerk, de Immanuelkerk, de Opstandingskerk, de Zuiderkapel en de Julianakerk zijn kerken van de PKN geworden. Op 14 januari 2009 werd er in gebouw De Schakel ten overstaan van notaris Moolenaar uit Leiden de Akte van Vereniging door vertegenwoordigers van de Hervormde Gemeente en de Gereformeerde Kerk van De Bilt ondertekend. Per 15 januari was de fusie officieel een feit.

Sinds enige tijd worden er plannen ontwikkeld betreffende het sluiten en mogelijk slopen van kerkgebouwen in Bilthoven. Dat betreft niet alleen de Noorderkerk maar ook de Julianakerk en de Zuiderkapel. Door teruglopend kerkbezoek zijn de kerkbesturen vaak niet meer in staat om de onderhoudskosten, kosten van verwarming e.d. op te brengen. Gedacht wordt om voor die drie kerken een grotere kerk te bouwen, mogelijk op het terrein gelegen naast de huidige Julianakerk.

Een concrete beslissing daarover is nog niet genomen.