Das sich am Südrand des Thüringer Beckens befindliche Neudietendorf, liegt im Tal der Apfelstädt. Im Ort mündet der aus Sülzenbrücken kommende Weidbach (entspringt in Mühlberg) in die Apfelstädt. In süd-westlicher Richtung blickt man auf die Drei-Gleichen, die Burgengruppe, die dem Gebiet seinen Namen gibt. Neudietendorf ist der kulturelle und geografische Mittelpunkt der Gemeinde Nesse-Apfelstädt.

1147 wurde der Ort Dietendorf im Zusammenhang mit dem Adelsgeschlecht von Dietendorf urkundlich ersterwähnt. Durch die Apfelstädt getrennt, befand sich auf der Nordseite des Flusses das Rittergut Altenhof in der heutigen Zinzendorfstraße. Das Gut kam im 14. Jahrhundert in den Besitz der Herren von Wittern. Aufständische Bauern zerstörten im Bauernkrieg das Rittergut. In den Jahren des Dreißigjährigen Krieges 1618-1648 wurde das Dorf weitestgehend zerstört. Viele Häuser wurden mit dem ausgehenden 17. Jahrhundert wieder aufgebaut. In dieser Zeit entstand eine neue Siedlungsstruktur. Da die durch die vielen Holzhäuser drohende Brandgefahr offensichtlich wurde, zogen in die Zukunft denkende Einwohner den Schluss, eine Brand- und Feuerbekämpfung aufzubauen und zu organisieren. So kam es im Jahre 1680 zur Gründung der ersten "Feuerwehr" in Neudietendorf.

1147 wurde der Ort Dietendorf im Zusammenhang mit dem Adelsgeschlecht von Dietendorf urkundlich ersterwähnt. Durch die Apfelstädt getrennt, befand sich gegenüber das Rittergut Altenhof in der Zinzendorfstraße. Das Gut kam im 14. Jahrhundert in den Besitz der Herren von Wittern. Durch den Einfluss des Reichsgrafen Gustav Adolf von Gotter (1692-1762), er erwarb das Lehnsgut „Alter Hof“ und war Besitzer des Schlosses Molsdorf, wurde die Ansiedlung der Herrnhuter Brüdergemeine begründet.

Im Jahre 1743 beantragte Graf Gotter beim Gothaer Herzog Friedrich III. das Patronatsrecht, d.h. die Berufung eines eigenen Pfarrers und Lehrers außerhalb der Staats- und Kirchengesetze und den Aufbau einer eigenen kirchlichen Ordnung nach Art der Herrnhuter Brüdergemeine. Dieses wurde durch den Fürsten abgelehnt.

Nikolaus Ludwig von Zinzendorf (1700-1760), der Begründer der Herrnhuter Gemeine beauftragte den Freiherrn von Lüdecke und Ortsherrn von Niesky, das Neudietendorfer Rittergut zu kaufen und eine Verfügung zu unterschreiben, mit der sich die Gemeinde der Gothaer Landesregierung mit all ihren Rechten und Verpflichtungen unterwarf. Der Herzog in Gotha hatte zu erkennen gegeben, die Neudietendorfer können ihre besonderen brüderischen Versammlungen und Einrichtungen beibehalten, wenn sie die bestehende lutherischen Ordnungen im Gottesdienst beibehalten. Danach erhielt die Ansiedlung durch die Brüdergemeine einen raschen Anstieg.

Es begann ein schneller Aufschwung der wirtschaftlichen Entwicklung. Gewerbe und Manufakturen wurden gegründet. An dieser Stelle sind die Siegellackherstellung, die Aromatique-Fabrikation, Weberei und Färberei, Brauerei, Tischlerei und viele andere mehr zu nennen.

Das Jahr 1847 war ein weiterer wesentlicher Meilenstein für die wirtschaftliche Entwicklung des Ortes. Neudietendorf wurde an das Streckennetz der Thüringischen Eisenbahn angeschlossen.

Der Güterbahnhof wurde durch seine zentrale Lage in alle Himmelsrichtungen ein wichtiger Rangierplatz. Der Ausbau des Personen- und Güterbahnhofes beschleunigte den Aufschwung des Ortes zu einem wichtigen Industriestandort. Das hatte den Aufbau des Post- und Telefonnetzes zur Folge.

Im Jahre 1933 wurden Dietendorf und Neudietendorf zu einer politischen Gemeinde zusammengelegt.

Der Gasthof der Brüdergemeine, heutiger Sitz der Verwaltung der Gemeinde Nesse-Apfelstädt wurde am 12. April 1945 und 13. April 1945 ein Treffpunkt des US-Oberbefehlshaber Dwight D. Eisenhower mit seinen Generälen George S. Patton und Omar N. Bradley. 1974 wurde die Gemeinde Kornhochheim neuer Ortsteil von Neudietendorf. Neudietendorf gehörte bis 1994 zum Kreis Erfurt-Land und wurde 1994 nach der Gebietsreform Teil des Landkreises Gotha.

Von 1994 bis 2009 war Neudietendorf Sitz der Verwaltungsgemeinschaft „Nesse-Apfelstädt-Gemeinden“. Seit dem Zusammenschluss der ehemaligen Gemeinden der Verwaltungsgemeinschaft ist die Ortschaft Sitz der Verwaltung der Gemeinde Nesse-Apfelstädt.