Первое документальное упоминание о храме во имя святого великомученика Димитрия Солунского в селе Черный Олех содержится в «Топографическом описании Курской губернии» за 1784 год. Согласно документу, на тот период в селе существовала деревянная церковь с пятью дворами священно- и церковнослужителей, где проживало 15 душ. Архивные метрические книги 1775 года позволяют предположить более раннюю дату основания храма, однако точный год постройки первоначального здания неизвестен.
В клировой ведомости 1837 года указано, что деревянное здание церкви с колокольней, покрытое железом, было возведено в 1782 году. При храме числилось 3 десятины усадебной земли и 66 десятин пашенной и сенокосной. В приход входили село Черный Олех (58 дворов, 319 мужчин и 331 женщина), деревня Будищи (88 дворов, 533 мужчины и 498 женщин) и деревня Осипова Лука (28 дворов, 157 мужчин и 150 женщин). Среди населения отмечалось 30 раскольников беспоповского толка.
В 1857 году на средства прихожан было построено новое здание церкви, получившее название Димитриевская. К началу XX века приход насчитывал 1300 православных и 170 раскольников и сектантов. По данным 1916 года, церковь владела 3 десятинами усадебной земли, 83 десятинами 2160 квадратных саженей пахотной и 6 десятинами сенокосной земли среднего качества, приносившей доход около 400 рублей ежегодно. Здание храма оставалось деревянным на каменном фундаменте, с колокольней в одной связи, с одним престолом. В 1914 году была заложена каменная церковь.
После принятия декрета СНК РСФСР «Об отделении церкви от государства и школы от церкви» в 1918 году храм продолжал функционировать. В декабре 1920 года была составлена опись церковного имущества, согласно которой в храме находились 4 медных колокола, позолоченный деревянный иконостас, 100 икон различного размера (35 из них ветхие), 8 крестов на престол (2 серебряных, 1 медный, 5 жестяных) и прочая утварь.
В период Великой Отечественной войны богослужения временно проводились в помещении церковной сторожки. 26 октября 1944 года в селе был зарегистрирован молитвенный дом, который в 1950-х годах располагался в арендованном помещении. В «Общем списке приходов и церквей Курской епархии» на 1 января 1960 года Димитриевский храм села Черный Олех значится как действующий.
В постсоветский период приход был официально зарегистрирован: 5 июня 1991 года согласно закону РСФСР «О свободе вероисповеданий» и 7 декабря 1999 года в соответствии с Федеральным законом «О свободе совести и о религиозных объединениях».