Село Полудьяково известно с XVII века. В 1764 году на средства помещицы Прасковьи Ивановны Головиной была построена деревянная церковь во имя святителя Николая Чудотворца. Церковь была обнесена каменной оградой с воротами и колокольней.
В 1850 году, по инициативе помещицы Екатерины Ивановны Головиной, на месте деревянной церкви был заложен каменный храм в честь Николая Чудотворца. Строительство продолжалось несколько лет и было завершено в 1855 году. Храм был освящён архиепископом Тульским и Белёвским Филаретом.
Архитектурно, церковь представляет собой однонефный храм с полукруглой апсидой и трёхъярусной колокольней. Фасады украшены пилястрами и наличниками, а интерьер отличался богатым убранством, включая иконостас и росписи.
В советский период, в 1930-е годы, храм был закрыт. Здание использовалось под складские помещения, что привело к утрате части внутреннего убранства и повреждению архитектурных элементов.
В 1990-е годы, после передачи храма верующим, началась реставрация здания. Были восстановлены утраченные элементы, проведены работы по укреплению конструкции и обновлению росписей. В 2000 году храм был вновь освящён и открыт для прихожан.
