Постройка церкви относится ко временам Донского, основателя монастыря. В 1752 году игумен Дмитриева монастыря Феодорит вместе с братией и старостами вотчинных деревень обратился с просьбой о разрешении перестроить обветшавшую деревянную церковь святого великомученика Димитрия на том же месте, используя старый лес. 18 мая того же года из Духовного приказа был выдан указ на имя соборного протопопа Никиты.

В октябре 1763 года в описи Дмитриева монастыря Дмитриевская церковь уже значится как каменная. В ней упоминается иконостас с резными царскими дверями и позолоченными карнизами, а также старинный образ святого великомученика Димитрия с серебряным и позолоченным окладом.

В 1829 году церковь была обновлена и освящена 12 ноября. Иконостас теперь имеет три яруса. В 1847 году на храмовой иконе святого Димитрия был установлен серебряный оклад весом 12 фунтов, а в 1854 году стены храма украсили живописью.

Около 1920 года храм был закрыт и использовался колхозом «Красная новь» как склад для зерна и овощей. Позже он был возвращен вместе с обителью. Храм святого великомученика Димитрия вновь освятили 21 октября 1995 года архиепископом Рязанским и Касимовским Симоном. В 2013-2015 годах проводилась роспись храма, а в декабре 2015 года в нем установили новый иконостас.