Современные Лысые Горы когда-то состояли из четырёх отдельных населённых пунктов: села Лысые Горы, одноимённого пристанционного посёлка, деревни Графщина и села Старая Бахметьевка. Село Лысые Горы, ранее принадлежавшее владельцам, сейчас находится на юге посёлка и было основано в 1730-х годах между первой и второй ревизиями. Название села связано с близлежащей горой, а второе название, с престолом церкви.

В 1743 году по инициативе статского советника Григория Ивановича Орлова в Лысых Горах была возведена церковь в честь великомученика Дмитрия Солунского. Спустя более ста лет, в 1875 году, землевладелец А. Беляев построил новую деревянную церковь с колокольней и престолом в честь того же святого, так как старая церковь обветшала. В 1904 году землевладелец Фёдор Петрович Бартенев провёл внутреннюю отделку, роспись и утепление церкви. В середине 1930-х годов, в период Советской власти, церковь была закрыта и затем разрушена.

9 сентября 1990 года в одном из старейших зданий Лысых Гор, представляющем собой историко-архитектурную ценность, был освящён временный храм в честь святого великомученика Димитрия Солунского. Этот бывший каменный особняк был отремонтирован и переоборудован для нужд храма, при котором открылась воскресная школа. В 2009 году, в 800 метрах от этой церкви по улице Мира, рядом с ФОК «Олимпик», началось строительство новой каменной церкви.