Храм Николая Чудотворца в селе Удельно-Дуваней был построен в 1805 году как каменная двухпрестольная церковь, освященная в честь Святителя и Чудотворца Николая и Святого Пророка Ильи. Село, основанное в 1647 году, первоначально называлось Дуванеи и заселялось дворцовыми крестьянами из села Богородского и отставными уфимскими стрельцами. В конце XVIII века населенный пункт получил название Государственные Дуванеи, а его жители были переведены в разряд удельных крестьян после реформы 1797 года.
Церковь строилась в период административного статуса села как центра Дуванейской удельной волости. Рядом с храмом был возведен дом для священника, позднее замененный сельским домом культуры. В сентябре 1827 года в селе открылось народное училище, где первоначально обучались 28 крестьянских детей мужского пола. Прихожане храма участвовали в основных военных кампаниях Российской империи, включая Отечественную войну 1812 года, где 75 жителей села сражались против наполеоновских войск.
В 1863 году после упразднения категории удельных крестьян храм сохранил свое значение как духовный центр сельского общества. Земли, ранее принадлежавшие удельным крестьянам, были закреплены за прихожанами как надельные. К 1870 году в селе насчитывалось 311 дворов и 2007 жителей, при храме действовали три ежегодные ярмарки. В конце XIX века населенный пункт получил современное название Удельные Дуванеи, хотя сословная категория удельных крестьян к тому времени уже не существовала.
Архитектурные особенности храма характерны для церковного строительства начала XIX века в регионе. Двухпрестольная структура отражала распространенную практику совмещения посвящений главного и придельного престолов. Распространенные среди прихожан фамилии - Пермяков, Зырянов, Антипин - свидетельствуют о происхождении значительной части населения из северных регионов России. В конце XIX века в приходе числились около ста старообрядцев, преимущественно семей Калединых, Антиповых и Якимовых.