Строительство храма было завершено в 1896 году на средства прихожан и при поддержке Самарского епархиального комитета Миссионерского общества. Церковь была деревянной, построенной на каменном фундаменте, с железной крышей и рассчитанной на 500 человек. При храме находилась деревянная колокольня, а единственный престол был освящён в честь святого великомученика Димитрия Солунского.
В 1898 году при храме была открыта одноклассная смешанная церковно-приходская школа, а в 1902 году аналогичная школа начала работу в деревне Петропавловской. Здания школ были деревянными и крытыми железом. К 1912 году в обеих школах обучалось 62 мальчика и 25 девочек. Приход включал три населённых пункта: село Клявлино, деревни Петропавловка и Александровка. Население прихода было этнически смешанным, с преобладанием чувашей и мордвы, а также русских.
В 1930-х годах, в период антирелигиозной политики советского государства, храм был закрыт. Первоначально здание пустовало, затем в период Великой Отечественной войны в нём размещался детский дом для эвакуированных детей из Украины и Белоруссии. После войны здание использовалось как сельский Дом культуры до 1987 года.