La iglesia del Gran Mártir Dimitri de Salónica fue fundada por el gobernante moldavo Dimitri Cantemir, quien también fundó la ciudad de Dmitrovsk, en 1721. Sin embargo, la finalización de la construcción y la consagración del templo se llevaron a cabo solo en 1725.

Inicialmente, la iglesia estaba dedicada a los santos Dimitri de Salónica, el emperador Constantino y su madre Elena. Esta fue la primera iglesia en Dmitrovsk, que sirvió como iglesia doméstica de los príncipes Cantemir, y permaneció como la única hasta 1787. En 1789, la iglesia fue reconstruida, pero el iconostasio y los íconos se conservaron en su forma original. La iglesia tiene dos altares. En 1802, recibió el estatus de iglesia de la ciudad o catedral. Hoy en día, es la única iglesia que ha sobrevivido y está en funcionamiento en Dmitrovsk.

A finales del siglo XIX, la ciudad contaba con 8 iglesias y tres capillas, incluyendo la iglesia de Kazán (desde 1787), la catedral de la Trinidad (desde 1812), la iglesia de Juan Bautista en el cementerio (desde 1842), la iglesia de la Protección (desde 1863), la iglesia de Sumeonov en la prisión (desde 1873), la iglesia de los viejos creyentes, así como capillas en honor al ícono de la Madre de Dios "Alegría de todos los que están tristes", con el ícono de Nicolás el Taumaturgo y con el ícono de San Blas. Después de la construcción de la catedral de la Trinidad en 1787, la iglesia de Dimitri de Salónica se convirtió en parroquial, pero los ciudadanos aún la llaman "la antigua catedral". En el día de la festividad del templo, el 4 de junio (22 de mayo según el antiguo calendario), se celebraba la feria "Zares", que era la más antigua en Dmitrovsk y comenzó a finales de la década de 1720. Esta feria permaneció como la única hasta la aparición de otras iglesias y ferias, y más tarde se convirtió en la más grande y animada. Después de la liberación de la ciudad de los fascistas en 1944, la iglesia destruida fue restaurada por el fotógrafo artista A.A. Teterkin, hijo del conocido pintor de iglesias A.A. Teterkin, quien llegó a Dmitrovsk desde Karachev en 1891.

Hoy en día, la iglesia de Dmitrov se encuentra en la parte sur de la ciudad, cerca del centro, en la calle Socialista, 25.