История храма великомученика Димитрия Солунского в Камышине восходит к концу XVII века. В 1692 году казанскому губернатору был дан именной указ о формировании Дмитриевского стрелецкого полка для отправки в новообразованный город Дмитриевск (ныне Камышин). Полк получил название в честь святого Димитрия Солунского, чью икону казанские стрельцы особо почитали как защитницу от набегов.
В 1697 году полк под командованием Якова Буша прибыл в Дмитриевск 8 ноября (по новому стилю) - в день памяти святого Димитрия. Первая деревянная церковь во имя великомученика Димитрия была построена в 1704 году на правом берегу реки Камышинки после чудесного спасения города от уничтожения. Согласно летописи, икона святого трижды исчезала из города, указывая новое место для поселения.
В 1740 году храм сгорел во время большого пожара, уничтожившего значительную часть города. На его месте в 1778 году на средства казака Ососа Савина была возведена каменная Дмитриевская церковь. Храм располагался в начале Астраханской улицы (ныне Республиканской) на месте современной школы №2.
В 1930-х годах каменный храм был разрушен. Возрождение прихода началось в 1993 году, когда богослужения совершались в частном доме. В 1996 году приходу было передано здание бывшего детского сада, где в 1997 году возобновились регулярные богослужения. Официальная регистрация прихода состоялась в 1999 году.
В храме особо почитается память о чудесном заступничестве святого Димитрия в 1717 году, когда по молитвам горожан он явился в татарском стане и спас город от разорения. С 2001 года возобновлена традиция крестных ходов в день памяти святого - 8 ноября.
