Историческая местность Благуша, где расположен храм, в конце XIX — начале XX века представляла собой рабочую окраину Москвы с активно развивающейся промышленностью и увеличивающимся населением. К 1906 году численность жителей района достигла около 10 тысяч человек, что обусловило необходимость строительства нового храма для обеспечения духовного окормления местных жителей. До этого ближайшим храмом был Храм Воскресения Христова на Семёновском кладбище, который не справлялся с возросшей нагрузкой.
В 1896 году почётный гражданин Москвы Димитрий Флорович Ермаков завещал около 100 тысяч рублей на строительство храма в честь своего небесного покровителя — святого великомученика Димитрия Солунского, а также в честь святой праведной Анны, имя которой носила его супруга. Эти средства стали основой для финансирования строительства. В 1905 году жители Благуши обратились к митрополиту Московскому и Коломенскому Владимиру с просьбой о строительстве нового храма. Митрополит поддержал инициативу и лично контролировал ход строительства.
Проект храма был разработан архитектором Н. И. Орловым. Строительство началось 16 августа 1909 года, а 29 июня 1911 года митрополит Владимир освятил новосооружённый храм и совершил в нём первую Божественную литургию. Храм был построен в византийском стиле из красного кирпича, украшен изразцовыми вставками, и вмещал до 3 тысяч прихожан. Общая стоимость строительства составила около 164 тысяч рублей.
В 1931 году храм был закрыт, а его здание передано в ведение НКВД. Внутреннее пространство было переоборудовано под завод по переработке драгоценных металлов: в алтаре установили плавильные печи, под главным сводом разместили кислотный цех. Купола и кресты были сняты, верхние ярусы колокольни разобраны, фасады частично разрушены. Храм стал одним из наиболее разрушенных в Москве.
В 1990 году здание храма было возвращено Русской Православной Церкви в полностью разорённом состоянии. 17 ноября 1991 года были освящены и установлены кресты на храме, после чего начались восстановительные работы. К осени 2001 года богослужения стали совершаться на главном престоле.
