Der Tempel wurde in den Jahren 1671-1673 auf Initiative des Priesters Joannikius an der Stelle einer alten hölzernen Kirche errichtet, die 1645 abgerissen wurde. Laut dem Erlass von Zar Alexei Michailowitsch wurden für den Bau 100.000 Ziegel verwendet, die von der Errichtung der steinernen Türme des Erdwalls in Jaroslawl übrig geblieben waren. In der Kirche wurden drei Altäre geweiht: auf der rechten Seite des Altars zu Ehren des heiligen Märtyrers Dimitrius von Thessaloniki, auf der linken Seite zu Ehren des heiligen Märtyrers Georgs des Sieges, und im Vorraum, den neun Märtyrern von Kizik. Die Dimitriuskirche ist ein Beispiel für einen zweisäuligen Tempel der jaroslawler Architektur des 17. Jahrhunderts. Um 1700 wurde an die Kirche ein kleiner Vorraum angebaut. Ursprünglich hatte die Kirche eine fünfkuppelige Abschlussform, aber in den 1830er Jahren wurden die vier seitlichen Kuppeln abgerissen. Zur gleichen Zeit wurde an der Westseite ein kleines Portal im klassizistischen Stil hinzugefügt. Der Glockenturm an der nordwestlichen Ecke der Kirche hat die Form eines gedrungenen Zeltes auf einem massiven Viereck. Im Jahr 1686 wurde der Tempel wahrscheinlich von dem herausragenden jaroslawler Maler Dmitri Grigorjew Plechano verwischt. Die Wandmalerei wurde nach der Restaurierung im Jahr 1859 durch die Genossenschaft von E.K. Diakonov stark beschädigt. Die Thematik der Malerei, die aus 186 Szenen besteht, ist auf Szenen aus dem Evangelium und dem Akathist an die Gottesmutter beschränkt. Im Kuppeldrum ist der „Allmächtige“ abgebildet, zwischen den Fenstern, acht Propheten, auf den Segeln, die Evangelisten. Auf der westlichen Seite des Segels, „Erlöser auf dem Tuch“, auf dem östlichen Bogen unter der Kuppel, „Die alttestamentliche Dreifaltigkeit“. Die Gewölbe sind mit zehn Kompositionen von Festen geschmückt, wie „Die Geburt der Gottesmutter“, „Die Verkündigung“, „Die Geburt Christi“, „Die Begegnung“, „Der Einzug in Jerusalem“, „Die Auferstehung“, „Die Epiphanie“ und „Die Verklärung“. Das zentrale westliche Gewölbe enthält zwei Kompositionen: „Die Kreuzigung“ und „Die Himmelfahrt“. Auf den Stützarkaden sind die 12 Apostel abgebildet, je zwei in voller Höhe. Über den Kapitellen der Säulen in Medaillons, sechs Apostel aus den siebzig. Auf den Säulen in zwei Reihen sind Märtyrer in einem Rahmen aus gezeichneten Bögen dargestellt. Unter ihnen ist auf der südlichen Seite der rechten Säule ungewöhnlicherweise der Prophet Elia abgebildet, der auf einem Stein sitzt. Die nördlichen und südlichen Wände sind in sechs Geschosse unterteilt. Die vier oberen Geschosse sind bildlich, das fünfte ornamentell, das sechste ist ein Zierfeld. Die beiden unteren Geschosse wurden im 19. Jahrhundert mit Ölfarbe bemalt. In den Lunetten der südlichen Wand befinden sich die Kompositionen „Lobpreis der Gottesmutter“ und „Hochzeit zu Kana“, in den Lunetten der nördlichen Wand, „Herabkunft des Heiligen Geistes“ und „Vertreibung des Knechts von der Hochzeitsfeier“. Im zweiten Geschoss, 10 Bilder, die das irdische Leben Christi und die Gleichnisse illustrieren. In den dritten und vierten Geschossen wird das Tempelthema mit 24 Medaillons von feierlichen Gesängen der Kondakien und Ikos aus dem Akathist an die Gottesmutter verkörpert. Dies ist der einzige Akathistzyklus in den jaroslawler Wandmalereien des 17. Jahrhunderts. An den Fensterlaibungen sind je drei Medaillons mit Halbfiguren von Heiligen, Märtyrern und Mönchen. In den Schlußbögen, Embleme Christi und Engel. Die westliche Wand wird von einer monumentalen Komposition des Jüngsten Gerichts mit ausdrucksvollen Figuren der „Deutschen“ eingenommen, die zum „ewigen Leiden“ verurteilt sind. Die Malerei des Altars zeichnet sich durch die Noblesse des Stils und die Vollkommenheit der Proportionen aus. In der zentralen Altarapsis ist die Komposition „Über dich freut sich“ abgebildet, eine der besten in den jaroslawler Fresken. Die Dekoration der Apsis ist in zwei Registern ausgeführt: im oberen, große Figuren von Heiligen, im unteren, 10 Medaillons mit Märtyrern. An den Laibungen des Altarfensters ist die Szene „Die Verkündigung“ abgebildet, an der westlichen Wand des Altars, „Vaterland“. Die Gestaltung des Altars und des Diakonats ist ähnlich. In der Apsis des Georgs-Altares ist die Gottesmutter im Bild der Himmelskönigin abgebildet, und in der Apsis des Dimitrius-Altares, „Lobpreis der Gottesmutter“. In beiden Apsiden sind Mönche abgebildet, die an die universelle Rolle der Russischen Kirche erinnern. Unter ihnen sind die Gründer der größten russischen Klöster: Abrahamius von Rostow, Makarius von Zheltovodsk, Sava von Zvenigorod, Sergius und Nikon von Radonesch und andere. Die Lebenszyklen von Georg und Dimitrius sind auf vier große Kompositionen beschränkt. In den Szenen von Folter und Qual bewahren die Heiligen Ruhe und Harmonie. An der Altartrennwand im Georgs-Altar ist die alttestamentliche Dreifaltigkeit abgebildet, und im Dimitrius-Altar, eine Deesis-Komposition mit Aposteln. Der Maßstab der Figuren, ihre Modellierung, die Ausarbeitung der Gesichter und Ornamente, die Verbindung zur Architektur zeigen das Können des Künstlers. Im Jahr 1872 wurde in der Kirche des Heiligen Dimitrius von Thessaloniki Leonid Sobinow, der zukünftige große Sänger, getauft. Die Kirche wurde 1929 geschlossen, zu Beginn der 2000er Jahre der Diözese zurückgegeben, und derzeit finden Restaurierungsarbeiten statt.