Le Tortoir de Saint-Nicolas-aux-bois serait situé à l'emplacement d'une ancienne ferme mérovingienne. Au XI^e siècle, ce domaine était composé d'une ferme et d'un château construits sur des terres appartenant à Clovis qui en fit don à l'évêque de Reims.

Au XII^e siècle, la propriété seigneuriale devient une dépendance de l'Abbaye de Saint-Nicolas et devient la ferme du Tortoir. Ce domaine ecclésiastique qui a un but agricole possède notamment un pressoir à huile ou à foulon (« tordoir » en vieux français). Les moines bénédictins font de l'élevage de bétail et également de poissons. Ils exploitent aussi le bois de la forêt de Saint-Gobain.

Le grand bâtiment avait pour fonction un réfectoire et un dortoir pour les hôtes de l'abbaye. Les constructions actuelles datent de 1350. Pillé en 1567, le Tortoir connut des travaux entrepris en 1660, sans jamais connaître d'achèvement, faute de fonds. L'étang qui borde le Tortoir s'appelle Étang de la Papilloterie ou Étang de la Papeterie car les moines de l'abbaye avaient construit un moulin à papier qui fonctionna jusqu'au milieu du XVIIIe siècle sur un plan d'eau de 14 hectares.

Loué, puis vendu à un exploitant agricole à la fin du XVIIIe siècle, le Tortoir connaîtra cet usage durant un siècle avant d'être classé en 1912. Les Allemands l'occuperont durant la première guerre mondiale. Puis, le baron Coppée, un industriel belge, le rachètera et ira jusqu'à le compléter vers 1925, notamment avec la tour ronde de la cour. Il est aujourd'hui la propriété de ses descendants qui possèdent également l'abbaye de Saint-Nicolas-aux-bois et le château de Fourdrain.