Каменная однопрестольная церковь во имя великомученика Димитрия Солунского в селе Сухая Вязовка была построена в 1825 году. Здание выполнено из красного кирпича на белокаменном цоколе, с объёмно-планировочным решением корабельного типа. Архитектурный объём включает трёхъярусную колокольню, трапезную, четверик храма, полукруглую апсиду алтаря и боковые приделы. Четверик венчает восьмигранный световой барабан с луковичной главкой.
В 1896 году храм был расширен, его общая площадь составила 423,5 кв. метра. По штату 1885 года при церкви состояли священник, диакон и псаломщик, а также звонарь, чьи обязанности включали не только богослужебные звоны, но и сигналы для путников в зимние метели. При храме действовали земское училище (с 1862 г.) и церковная школа грамоты (с 1891 г.), имелась библиотека.
В 1925 году церковь была закрыта по решению властей, священнослужители репрессированы. С 1960 по 1990 год здание использовалось как зернохранилище, что привело к значительным повреждениям: были пробиты проёмы в фундаменте, появились трещины в стенах, утрачены интерьеры и часть икон.
В 1991 году храм возвращён Русской Православной Церкви. Начались восстановительные работы, включая ремонт фундамента, укрепление стен, восстановление кровли. Часть икон, сохранённых местными жителями, была возвращена. В 1993 году церковь включена в Сводный список выявленных объектов культурного наследия Самарской области. В 2007 году техническое обследование выявило необходимость масштабных реставрационных работ по фасадам и конструкциям.
