Храм Димитрия Солунского в городе Сим Челябинской области был сооружен в 1762 году на средства заводчиков Ивана Твердышева и Ивана Мясникова. Первоначальное здание представляло собой кирпичную постройку в стиле классицизм, характерную для уральского храмового зодчества середины XVIII века. В 1821 году храм подвергся значительной перестройке по инициативе заводчицы И.И. Бекетовой, в ходе которой были изменены архитектурные элементы сооружения.
Архитектурный облик храма включал боковые портики, трапезную часть и колокольню, увенчанную шпилем. Изначальное завершение храма представляло собой купол с высоким барабаном, что соответствовало традициям православного храмостроительства того периода. В декоративном оформлении фасадов прослеживались элементы классицистической стилистики с характерными для Урала местными особенностями.
В 1929 году храм был закрыт советскими властями, а его венчающая часть демонтирована. В последующий период здание использовалось в различных светских целях: как помещение пожарной части и столовая. Такое использование повлекло за собой значительные изменения внутренней планировки и утрату элементов церковного убранства.
В 1992 году здание храма было возвращено Русской Православной Церкви. В ходе восстановительных работ было сооружено новое венчание, воссоздававшее исторический облик храма. Богослужебная жизнь в храме возобновилась после длительного перерыва, составившего более шести десятилетий.
Языком богослужения в храме является церковнославянский, что соответствует традиционной практике Русской Православной Церкви. Архитектурный комплекс храма сохраняет историческую ценность как памятник промышленного храмостроительства Урала XVIII-XIX веков, отражающий особенности развития православной традиции в заводских поселениях региона.
