В 1890 году на Девичьем поле были открыты клиники Императорского Московского университета. Строительство этих клиник стало возможным благодаря щедрым пожертвованиям императора Александра III и московского купечества. При этих клиниках была возведена небольшая часовня в византийском стиле, предназначенная для отпевания умерших пациентов.
В 1903 году часовня была реконструирована по проекту архитектора Бориса Кожевникова и освящена как храм в честь преподобного Димитрия Прилуцкого, вологодского чудотворца. Освящение и первую литургию 7 октября 1903 года совершил преосвященный Парфений, епископ Можайский. Строительство храма было профинансировано московским купцом Димитрием Петровичем Сторожевым, известным своей благотворительной деятельностью и поддержкой медицинских учреждений.
В советский период богослужения в храме прекратились. Здание использовалось для нужд медицинского факультета Московского государственного университета, позднее — Московской медицинской академии имени И.М. Сеченова. В 1960-х годах в помещениях храма располагалась типография, а в 1980-х — лаборатория анестезиологии.
В 1991 году храм был возвращен Русской Православной Церкви, и 11 февраля 1991 года состоялось первое после долгого перерыва богослужение. Храм приписан к приходу храма Архангела Михаила в Лужниках.
28 апреля 2023 года здание храма было передано Церкви Росимуществом.
Архитектурно храм представляет собой небольшое здание с характерными византийскими элементами, включая купол и арочные окна. Интерьер украшен иконами и росписями, отражающими традиции русской церковной живописи.
