Теплая церковь, построенная в 1774 году, была освящена в честь святого великомученика Дмитрия Солунского. 10 февраля того же года староста церкви Богоявления в селе Симы, Роман Андреев, вместе с прихожанами обратился к епископу Суздальскому и Юрьевскому Геннадию с просьбой: "В нашем селе есть деревянная церковь в честь Великомученика Дмитрия Солунского, которая со временем обветшала. Мы решили разобрать ее и построить на этом месте каменную церковь с тем же названием, используя старую для обжига кирпича, которого у нас достаточно". В марте было получено разрешение на строительство, и к октябрю 1774 года церковь была готова к освящению. В 1794 году в ней был устроен придел во имя Всех Святых. В сентябре того же года священники Василий Федоров и Иван Дмитриев попросили епископа Виктора разрешить устроить в правой части Дмитровской церкви придел для ранних литургий.

20 ноября протоиерей Алексей Смирнов сообщил в Суздальскую Духовную консисторию об освящении придела. Другой придел, освященный во имя святой мученицы Зинаиды, был устроен в 1845 году камер-юнкером графом Константином Карловичем Толем в память о его безвременно умершей жене, Зинаиде Александровне, урожденной Голицыной. Они поженились в 1845 году, но через месяц после свадьбы Зинаида скончалась. В память о ней князь Александр Борисович Голицын основал в Симе больницу "Зинаидинская". Граф Толь пожертвовал в придельный храм святой мученицы Зинаиды богато украшенное Евангелие, крест и богослужебные сосуды.

Современный облик церковь приобрела после перестройки в 1891 году. В документах Владимирской духовной консистории о перестройке зимней церкви в селе Сима содержится протокол от 30 июля 1891 года, в котором обсуждается проект перестройки. Было решено заменить деревянную надстройку на кирпичную, если это позволит состояние фундамента и стен, и работы должны проводиться под наблюдением квалифицированного техника. Проект был утвержден, и перестройка разрешена с учетом этих замечаний.

В советское время храм был закрыт и разграблен, а его глава разрушена.