เมื่อปี พ.ศ. 2526 ชาวตำบลพันดอนและตำบลใกล้เคียง โดยคณะกรรมการสภาตำบลพันดอน และพระครูปัญญาคุณาทร (ชุน บุตตะโยธี) ได้มีแนวความคิดที่จะให้มีโรงเรียนมัธยมศึกษาประจำตำบลพันดอน เพื่อให้การศึกษาเล่าเรียนในระดับมัธยมศึกษาแก่บุตรหลานชาวตำบลพันดอนและตำบลใกล้เคียง หลังจากนั้นได้มีการรณรงค์เพื่อการนี้อย่างกว้างขวางหลายรูปแบบ ในที่สุดปลายปี พ.ศ. 2527 กระทรวงศึกษาธิการได้ประกาศจัดตั้งโรงเรียนมัธยมศึกษาขึ้นในเขตตำบลพันดอน (ประกาศกระทรวงศึกษาธิการ เรื่อง ตั้งโรงเรียนรัฐบาล ลงวันที่ 11 ธันวาคม 2527 โดยมี นายธีรวุฒิ ทวีโชติ ศึกษาธิการอำเภอกุมภวาปี และว่าที่ร้อยตรี สมภพ พันธุมโน ผู้อำนวยการ โรงเรียนกุมภวาปี ในขณะนั้น เป็นบุคคลสำคัญที่มีส่วนในการจัดตั้งโรงเรียนระดับมัธยมศึกษาประจำตำบลพันดอน โดยใช้ชื่อ โรงเรียนพันดอนวิทยา และโรงเรียนพันดอนวิทยาได้ถือเอา วันที่ 11 ธันวาคมของทุกปี เป็นวันคล้ายวันสถาปนาโรงเรียน หลังจากนั้นในปีถัดมา คือปีการศึกษา 2528 โรงเรียนพันดอนวิทยา ได้รับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 เป็นรุ่นแรก จำนวน 115 คน โดยมีนายยืนยง ไทยใจดี เป็นผู้บริหารโรงเรียนคนแรกในการดำรงตำแหน่งครูใหญ่ ในปี พ.ศ. 2528 นั้น โรงเรียนยังต้องอาศัยศาลาวัด ของวัดป่าทรงธรรม และอาคารชั่วคราวของ โรงเรียนชุมชนวัดป่าทรงธรรม เป็นสถานที่สอน จนกระทั้งในปีต่อมา คือ ปี พ.ศ. 2529 จึงได้ย้าย มาอยู่บริเวณที่ตั้งในปัจจุบัน คือ บริเวณด้านทิศตะวันตกของวัดป่าทรงธรรม บนเนื้อที่ 137 ไร่ (ที่สาธารณะประโยชน์ของตำบลพันดอน) ที่ตั้งอย่างเป็นทางการ คือ เลขที่ 222 หมู่ที่ 7 ตำบลพันดอน อำเภอกุมภวาปี จังหวัดอุดรธานี หลังจากนั้น โรงเรียนพันดอนวิทยา ได้พัฒนาตนเองมาอย่างต่อเนื่อง จนเมื่อวันที่ 14 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2550 โรงเรียนได้ถ่ายโอนเข้าสังกัดองค์การบริหารส่วนจังหวัดอุดรธานี กรมส่งเสริมการปกครองท้องถิ่น กระทรวงมหาดไทย ตั้งแต่เริ่มก่อตั้งโรงเรียนจนถึงปัจจุบัน