จากมูลเหตุที่ชาวบ้านท่าด้วง และหมู่บ้านใกล้เคียงได้แจ้งความประสงค์กับทางราชการขอให้กรมสามัญศึกษา(เดิม) จัดตั้งโรงเรียนมัธยมศึกษาขึ้น เพื่อให้บุตรหลานของชุมชนได้เรียนต่อในระดับมัธยมศึกษา จึงทำการ เปิดการเรียนการสอนในลักษณะโรงเรียนสาขาของโรงเรียนหนองไผ่ โดยได้รับความช่วยเหลือทั้งในด้านวัสดุอุปกรณ์ และบุคลากร เริ่มทำการสอนในวันที่ 18 พฤษภาคม 2535 และได้มีคำสั่งแต่งตั้ง นายจงรัก เกตแค ตำแหน่งผู้ช่วยผู้อำนวยการโรงเรียนหนองไผ่ เป็นผู้ดูแลรับผิดชอบโรงเรียนสาขา และนายทวีศักดิ์ มีประจำ อาจารย์ 2 โรงเรียนหนองไผ่เป็นอาจารย์ประจำชั้น ครั้งแรกที่เปิดทำการสอนมีนักเรียนเข้าเรียนจำนวนทั้งสิ้น 35 คน สถานที่ในการจัดการเรียน การสอนได้รับความอนุเคราะห์จากโรงเรียนบ้านท่าด้วง(สปช.เดิม)ให้ใช้อาคารเรียนเป็นที่จัดการเรียนการสอน
ในระยะเวลาต่อมา มีผู้บริจาคที่ดินเพื่อจัดเตรียมตั้งโรงเรียนและสร้างอาคารเรียน จำนวนประมาณ 35 ไร่ 40 ตารางวา ซึ่งมีผู้บริจาคได้แก่ พระวิฑุร กนฺตธมฺ.โม เจ้าอาวาสวัดใหม่ทรงธรรม จำนวน 10 ไร่ นายสมุทร พรหมดี จำนวน 15 ไร่ นายทอง อินทร์ปาน จำนวน 5 ไร่ และนางละเอียด โสประดิษฐ์ จำนวน 5 ไร่
ต่อมาในปี พ.ศ.2536 ทางโรงเรียนได้ดำเนินการขอใช้พื้นที่ดังกล่าว ซึ่งเป็นพื้นที่ป่าสงวนจากกรมป่าไม้ จึงได้ร่วมมือกับผู้นำหมู่บ้านและประชาชนในพื้นที่จัดสร้างอาคารเรียนชั่วคราว ขนาด 3 ห้องเรียน
ในวันที่ 3 กุมภาพันธ์ 2535 กระทรวงศึกษาธิการได้ประกาศจัดตั้งเป็นโรงเรียนเอกเทศ ชื่อ โรงเรียนท่าด้วงพิทยาคม และได้รับการจัดสรรงบประมาณในการก่อสร้างอาคารเรียน และอาคารประกอบ รวมทั้งวัสดุอุปกรณ์ต่างๆจำนวน 11 ล้านบาท โดยในปีการศึกษา 2539 เปิดทำการสอนในระดับชั้น ม.1-ม.3 และในปีการศึกษา 2540 ได้ย้ายมาทำการเรียนการสอนที่อาคารเรียนถาวร ณ เลขที่ 72 หมู่ 3 บ้านไทรงาม ตำบลท่าด้วง อำเภอหนองไผ่ จังหวัดเพชรบูรณ์ มีครู-อาจารย์ จำนวน 9 คน ลูกจ้างประจำ จำนวน 2 คน และนักเรียนระดับชั้น ม.1-ม.3 จำนวน 296 คน
ปีการศึกษา 2541 ได้รับอนุมัติให้เปิดการเรียนการสอนในระดับชั้นมัธยมศึกษาตอนปลาย (ม.4) เป็นปีแรก มีครู-อาจารย์ จำนวน 10 คน ลูกจ้างประจำ จำนวน 2 คน และนักเรียน 326 คน
ปัจจุบันโรงเรียนท่าด้วงพิทยาคม ตั้งอยู่เลขที่ 72 หมู่ 3 บ้านไทรงาม ตำบลท่าด้วง อำเภอหนองไผ่ จังหวัดเพชรบูรณ์ มีข้าราชการครูทั้งหมดจำนวน 21 คน พนักงานราชการ จำนวน 1 คน ครูอัตราจ้าง จำนวน 1 คน ลูกจ้างชั่วคราว 3 คน และจำนวนนักเรียนทั้งสิ้น 342 คน โดยมี นายสมัตพงษ์ ใหม่น้อย เป็นผู้อำนวยการโรงเรียนคนปัจจุบัน