Первое упоминание о храме во имя святого великомученика Димитрия Солунского в селе Фентисово относится к 1784 году, согласно «Топографическому описанию Курской губернии». В документе указано, что в селе находилась деревянная церковь с причтом из трёх дворов. Приход включал окрестные деревни, а численность прихожан составляла шесть душ.
В 1896 году прежний храм сгорел, и богослужения временно прекратились. Строительство новой деревянной церкви началось в 1900 году на средства прихожан и местного помещика. Работы велись три года под руководством мастеров-плотников братьев Кокуриных — Косьмы и Антония. Архитектор проекта остался неизвестным, хотя есть указания на его харьковское происхождение. Храм возвели на кирпичном фундаменте с железной кровлей, освятив в 1903 году.
В 1904 году Курская духовная консистория рассматривала проект каменного храма, но он не был реализован. Приход включал деревни Боево, Тишино и Золотухино, а к 1908 году насчитывал около 2500 верующих. При церкви действовали церковно-приходская и две земские школы, где обучали грамоте, арифметике и Закону Божию.
В 1922 году из храма изъяли церковные ценности, включая четыре серебряных предмета. В 1936 году здание использовалось под зернохранилище, но после жалобы церковного совета было возвращено верующим. В 1940 году храм закрыли по решению Курского облисполкома, однако в августе 1944 года богослужения возобновились.
В послевоенный период храм оставался действующим, обслуживая приходы нескольких сельсоветов. В 1991 и 1999 годах прошла перерегистрация религиозной общины в соответствии с федеральными законами о свободе вероисповедания. В 1998 году храм получил статус памятника культовой архитектуры регионального значения.