Первый храм в станице Петропавловской был возведен в год ее основания, в 1845 году. Это было деревянное строение, расположенное в центре станицы и освященное в честь святых Петра и Павла, чьи имена стали основой для названия станицы.

В 1904 году началось строительство нового храма, финансируемого за счет пожертвований прихожан. После завершения работ его освятили в честь святителя Димитрия Ростовского.

В советские годы храм уцелел, но был закрыт. В его стенах размещались школа, мастерская по перемотке моторов и общежитие.

В 1988 году Свято-Димитриевский храм стал одним из первых на Кубани, возвращенных Русской Православной Церкви. Началось длительное восстановление. В 2004 году прихожане отпраздновали 110-летие Димитриевского храма.