Nach der Gründung des Simsker Eisenwerks im Jahr 1762 bauten die Kaufleute Jakow Tverdychev und Iwan Mjasnikow die Kirche des Heiligen Dimitrius von Thessaloniki. Sie wurde auf dem Kirchplatz neben dem Werk errichtet. Es gibt zwei Versionen, warum die Kirche den Namen Dimitrijewskaja erhielt. Laut der ersten wurde die Kirche am 8. November, dem Gedenktag des heiligen Märtyrers Dimitrius von Thessaloniki, geweiht. Nach der anderen Version litt Mjasnikow unter Heimweh nach Moskau, wo sein Haus gegenüber der Kirche des Heiligen Dimitrius von Thessaloniki stand. Möglicherweise beeinflusste dies die Namenswahl für die Kirche im Südural.

Die Kirche bestand jedoch nicht lange. Im Jahr 1774, während des Bauernkriegs unter der Führung von Jemeljan Pugatschow, eroberte eine Gruppe von Aufständischen unter Salawat Julajew Sim und verbrannte das Werk, die Fabrik mit dem Damm und die Dimitrijewskaja Kirche.

Die meisten Quellen behaupten, dass die Kirche bis zur Verbrennung aus Holz war. Laut den Aufzeichnungen von P. S. Pallas, der Sim im Jahr 1770 besuchte, war das Gebäude jedoch bereits damals aus Stein: „Die Höhlen, die den Werksleuten gehören, liegen auf der linken Seite des Flusses Sim, unterhalb des Damms, sind gebaut und in gerade Straßen unterteilt, bis zu 160 an der Zahl. In der Nähe der Hämmer bleibt ein freier Platz, auf dem die neu errichtete steinerne Kirche steht, kein schlechter hölzerner Herrenhaus mit Garten und die Werkskanzlei.“ Dies bestätigen auch die Reiseberichte von I. I. Lepechin. Es gibt die Vermutung, dass im Jahr 1759 bei dem Simsker Werk eine vorübergehende hölzerne Kirche gebaut wurde, während die steinerne mehrere Jahre lang errichtet wurde. Laut dieser Version wurde die hölzerne Kirche zur Kapelle der steinernen, und beide wurden von Pugatschow-Anhängern verbrannt.

Nach der Verbrennung wurde die Dimitrijewskaja Kirche wiederhergestellt. Im Jahr 1821 stellte die Eigentümerin des Werkes I. I. Beketova Mittel für die Erneuerung der veralteten Kirche zur Verfügung. In einem Schreiben an den Bischof bat sie um Erlaubnis, die baufällige steinerne Kirche nach einem neuen Plan des Architekten Maljutin, der vom Provinzarchitekten Schcherbakov genehmigt wurde, mit Ausnahme des heiligen Altars umzubauen.

Im Jahr 1872 wurde die Kirche nach der Installation eines neuen Ikonostase und Altars neu geweiht. Im Jahr 1902 wurde dank der Bemühungen des Verwalters des Simsker Bergbezirks Alexej Umow ein großer Glocke im Glockenturm installiert.

Die Kirche wurde 1929 geschlossen und beraubt von Glockenturm und Kuppel. Das Gebäude wurde unterschiedlich genutzt: zuerst als Depot, dann als Feuerwehr, später als Lebensmittellager. Während des Großen Vaterländischen Krieges diente es als Werkskantine.

Im Herbst 1990 wurde das Gebäude der Kirche den Gläubigen zurückgegeben, und zu Ostern 1991 fand der erste Gottesdienst in der Kirche statt. Wesentliche Hilfe bei der Wiederherstellung leistete das Unternehmen OAO „Aggregat“. Die Rekonstruktion dauert an, und die Pläne der Gemeinde sehen vor, das vorrevolutionäre Erscheinungsbild der Kirche vollständig wiederherzustellen.

Die Kirche des Heiligen Dimitrius in Sime gilt als die älteste im Aschinsker Bezirk und eine der ältesten in der Oblast Tscheljabinsk, obwohl das Gebäude Umbauten unterzogen wurde. Sie ist im klassizistischen Stil ausgeführt. Das Projekt für den Umbau in den 1820er Jahren wurde von dem Architekten E. I. Maljutin entwickelt, aber die Bauarbeiter weichen etwas von seinem Entwurf ab. Vor der Revolution hatte die Kirche eine Kuppel auf einer hohen Trommel und einen Glockenturm unter einem Spitzdach. Jetzt hat das Dach ein Ensemble aus kleinen Kuppeln, und die blaue Malerei schmückt das Dach. Von innen ist die Decke mit Figuren von Engeln dekoriert, die aus Sperrholz ausgeschnitten und in den 1990er Jahren von den Gemeindemitgliedern, die bei der Wiederherstellung halfen, mit Aquarellfarben bemalt wurden.

Das Gebiet um die Kirche ist mit einem schmiedeeisernen Zaun umgeben und gepflegt, besonders im Sommer.