Первое упоминание о деревянной церкви во имя преподобного Димитрия Прилуцкого в селе Фоминское датируется 1551 годом. В этот период село перешло от наследников Г. Н. Лихарева к Спасо-Геннадиеву монастырю, во владении которого оно оставалось до 1764 года. В первой половине XVII века на месте прежнего храма был возведен новый деревянный шатровый храм, освященный во имя святого великомученика Димитрия Солунского. Рядом с ним была построена колокольня «об шти стенах». В 1712 году рядом с этим храмом возвели еще одну деревянную церковь в честь Преображения Господня.
В начале 1840-х годов было принято решение о строительстве каменного храма взамен деревянного шатрового. Новый одноглавый храм с трехъярусной колокольней был завершен и освящен в 1842 году. В нем имелось два престола: в холодном четверике — во имя преподобного Димитрия Прилуцкого, а в теплой трапезной — во имя святого великомученика Димитрия Солунского. Архитектурно храм представляет собой характерный образец сельской приходской церкви в стиле позднего классицизма. Он расположен на высоком правом берегу реки Андобы на юго-западной окраине села, что придает ему доминирующее положение в окружающем ландшафте.
В советский период, как и многие религиозные сооружения, храм Димитрия Солунского подвергся закрытию, а его здание использовалось не по прямому назначению. Однако в последующие годы, благодаря усилиям местных жителей и представителей духовенства, храм был возвращен Русской Православной Церкви и восстановлен для проведения богослужений.
В настоящее время храм является действующим и продолжает служить духовным центром для жителей села Фоминское и окрестных населенных пунктов. Здесь регулярно проводятся богослужения, церковные праздники. Храм также является объектом культурного наследия, привлекая внимание исследователей и туристов своей историей и архитектурой.