Первое упоминание о церкви в селе Фентисово Щигровского уезда встречается в «Топографическом описании Курской губернии за 1784 год». В документе говорится, что в селе, расположенном при речке Полевая Снава, находится деревянная церковь во имя святого Дмитрия мироточца, при которой имеется три двора священно- и церковнослужителей, где проживает шесть человек.

После упразднения уездов и изменения границ районов, село до 1924 года находилось в Щигровском уезде, затем вошло в состав Курского уезда, а в 1928 году стало частью Золотухинского района.

В 1896 году старая деревянная церковь сгорела, и несколько лет в селе не было храма. В документах за 1898 год упоминается, что Дмитриевская церковь сгорела. Позже началось строительство нового храма, средства на которое собирали прихожане. В 1903 году в селе Фентисово Николаевской волости Щигровского уезда Курской губернии был построен деревянный храм в честь святого великомученика Дмитрия Солунского на кирпичном фундаменте с железной крышей.

Духовная консистория планировала возвести каменную церковь. В 1904 году был представлен проект на её строительство, но храм так и не был построен. Место для новой церкви выбрали западнее сгоревшей на 20-25 саженей, на ровной и сухой местности.

В приход церкви входили деревни Боева, Тишина и Золотухина. По данным на 1908 год, в приходе числилось 1567 мужчин, а раскольников, 946. Причт владел четырьмя десятинами усадебной земли, 25,3 десятинами полевой, двумя десятинами сенокосной и 3,7 десятинами лесной. При церкви действовала церковно-приходская школа и две земские школы, где обучали церковно-славянской грамоте, русскому языку, арифметике и Закону Божьему.

В 1920-х годах большевики изъяли из храма четыре серебряных предмета весом 92 золотника. В 1936 году церковь была закрыта местными властями и использовалась для хранения зерна. Церковный совет подал жалобу, и здание освободили. В 1937 году в общине было зарегистрировано 125 верующих, но незадолго до войны церковь закрыли и передали райсовету для культурных целей.

В августе 1944 года церковь и община были вновь зарегистрированы. На 1962 год деревянное здание принимало прихожан из нескольких сельсоветов. В это время службы проводил священник Сергей Евдокимович Поздняков. В 1970-1980-е годы церковь продолжала действовать.

Постановлением губернатора Курской области от 30 октября 1998 года Дмитриевская церковь в селе Фентисово была признана памятником культовой архитектуры регионального значения.