Первоначально на месте современного храма находилась деревянная церковь, построенная в 1803 году. К концу XIX века она пришла в ветхое состояние и не могла удовлетворить потребности растущего прихода. В связи с этим было принято решение о строительстве нового каменного храма. Проект церкви, рассчитанной на 1400 человек, был утверждён с некоторыми изменениями 21 июня 1889 года. Строительство велось на средства прихожан и благотворителей.
В 1893 году на средства крестьян Гаврилы Ивановича Тамбовцева, Космы Андреевича Коновалова и купца Михаила Ефремовича Гусева была построена каменная часовня на месте прежнего престола, освящённая 21 сентября того же года. Она была приписана к Димитриевской церкви. Главный престол нового храма был освящён 29 июня 1908 года, а придел во имя святителя Николая Чудотворца — в 1896 году. С 1902 года церковным старостой был избран К. А. Коновалов, который за свои пожертвования был награждён серебряной медалью и церковным кафтаном.
Архитектурный облик храма выполнен в эклектичном стиле с элементами русско-византийской традиции. Здание представляет собой кирпичный четверик с восьмигранным световым барабаном, увенчанным куполом. С запада к основному объёму примыкает двухсветная трапезная, а с востока — три полукруглые апсиды. Колокольня четырёхъярусная, столпообразная, с тремя верхними восьмериковыми ярусами, опирающимися на четвериковое основание. Фасады украшены треугольными фронтонами с изображением «всевидящего ока». Северный и южный фасады расширены за счёт приделов, завершённых треугольными фронтонами.
В советский период храм был закрыт, однако точная дата закрытия не установлена. Здание использовалось под различные хозяйственные нужды, что привело к утрате части внутреннего убранства и архитектурных элементов. Несмотря на это, основные конструктивные элементы храма сохранились.
В конце XX века начался процесс восстановления храма. Были проведены работы по реставрации фасадов, восстановлению купола и колокольни. В настоящее время храм действует, в нём регулярно совершаются богослужения и церковные таинства. Он является центром духовной жизни села Калиновка и окрестных населённых пунктов.