Kościół pw. św. Mikołaja (drugie wezwanie NMP Wniebowzięcia) stoi na niewielkim wzniesieniu w centrum wsi. Jest to z pozoru niczym nie wyróżniający się drewniany obiekt sakralny. Jak się okazało w trakcie badań, skrywał bardzo wiele tajemnic, które udało się wyjaśnić. Podczas badań archeologiczno-architektonicznych ustalono m.in., że już około poł. XIII wieku pobudowano tu pierwszy drewniany kościół (kaplica). Miał służyć wiernym z najbliższej okolicy. Relikty jego fundamentów odsłonięto w czasie badań wykopaliskowych w 1999 roku. Na jego miejscu postawiono następnie nowy (drugi) kościół, który w głównej bryle zachował się do dziś. Dotychczas datowano go na lata trzydzieste XVII wieku. Stało się jednak wielką sensacją, kiedy dowiedziono w wyniku badań dendrochronologicznych, potwierdzonych badaniami historycznymi, że zakrystię i korpus nawy głównej wybudowano w ostatniej ćwierci XTV w. Tak więc obiekt (II kościół w Tarnowie) swymi korzeniami sięga średniowiecza. Ustalono też, że przy obiekcie tym prowadzono kilkakrotnie różne prace budowlane, m.in. około 1615-1616 zmieniono strop nad prezbiterium, w latach 1628-1629 wymieniono więźbę dachową na kościele, a około 1638-1639 roku od zachodu dostawiono do niego wieżę, co obok ustaleń dendrochronologicznych dodatkowo poświadcza data wycięta na belce nad wejściem z wieży do kościoła - 1639. Następnie tak kościół, jak i wieża były kilkakrotnie restaurowane; ostatnio w XIX wieku i 2001 roku.

Kościół św. Mikołaja jest orientowanym, drewnianym obiektem o konstrukcji zrębowej. W rzucie poziomym ma układ jednona- wowy z nieco węższym, prosto zamkniętym prezbiterium, usytuowaną od północy zakrystią i wieżą od zachodu.

Całe jego wnętrze zdobi przepiękna polichromia. Nie jest ona jednorodna. Większa jej część powstała w latach dwudziestych XVII wieku (przed 1632 rokiem). Istnieją jednak późniejsze przemalowania (m.in. balustrada chóru muzycznego). Oprócz tego pod obecną polichromią stwierdzono ślady wcześniejszej malatury.

W wyniku prac konserwatorskich nadwerężony upływem czasu obiekt uzyskał nowe oblicze i został przywrócony do swojej pierwotnej świetności. Obok wspomnianej wczesnej chronologii tego kościoła ustalono też m.in., że obrazy w ołtarzu bocznym św. Małgorzaty są dziełem franciszkanina Adama Swacha i zostały namalowane w 1712 roku, że ołtarz główny wykonano w latach dwudziestych XVII wieku itd. Oprócz tego w zapiskach archiwalnych odnaleziono nieznane dotychczas informacje na temat jego konsekracji, która miała miejsce ponad sto lat po poświęceniu, tj. 15 października 1493 roku. Dokonał jej biskup Wincenty Wierzbięta, sufragan poznański itd.

W kontekście najnowszych badań jednoznacznie stwierdzić też należy, że kościół pw. św. Mikołaja w Tarnowie Pałuckim, tale ze względu na swą chronologię, walory historyczne i artystyczne (do rejestru zabytków wpisany w 1933 roku) jest obecnie najstarszym drewnianym obiektem sakralnym na ziemiach polskich. Tak więc Wielkopolska i diecezja gnieźnieńska, obok piastowskich obiektów sakralnych w Gnieźnie i na Ostrowie Lednickim, najstarszego klasztoru cysterskiego w Polsce (Łekno), ma kolejny najstarszy obiekt - drewniany kościół w Tarnowie Pałuckim.