В 1670 году в селе была возведена деревянная церковь во имя Николая Чудотворца. К 1812 году на её месте была построена каменная церковь, инициатором и основным вкладчиком строительства которой стал князь Андрей Александрович Волконский, представитель Воронежской ветви князей Волконских.
В начале XX века настоятелем Никольского храма был священник Иоанн Болховитинов. В 1921 году он был обвинён в антисоветской агитации и приговорён к пяти годам лишения свободы условно, но вскоре освобождён. В 1922 году Иоанн Болховитинов был хиротонисан во епископа Задонского, викария Воронежской епархии.
В 1930-х годах, в период антирелигиозной политики Советского Союза, храм был закрыт. Здание использовалось для различных хозяйственных нужд, что привело к его постепенному разрушению.
В постсоветский период начались работы по восстановлению храма. Были проведены ремонтно-реставрационные мероприятия, направленные на сохранение архитектурного облика здания и его адаптацию для проведения богослужений. В настоящее время храм Николая Чудотворца в селе Верхний Студенец является действующим православным приходом.