Храм во имя святого великомученика Димитрия Солунского на Курострове (ныне село Ломоносово) впервые упоминается в писцовой книге Мирона Вельяминова 1623 года как деревянная шатровая церковь. Она сгорела в 1718 году, после чего по грамоте архиепископа Варнавы от 7 марта 1725 года началось строительство каменного храма. Основные работы велись с 1727 по 1738 год крестьянами Петром Козьминым Некрасовым, Авксентьевым, Верещагиным и Дьяковым на средства прихожан, включая семью Ломоносовых.
Архитектурно храм представляет собой пятиглавый четверик с восьмичастным сомкнутым сводом, где только центральный барабан выполняет световую функцию. В 1751 году к нему пристроили каменную трапезную с приделом во имя великомученицы Екатерины и колокольней. В 1809 году в трапезной освятили придел Казанской иконы Божией Матери. Фасадный декур выполнен в северорусском стиле с узорными обрамлениями окон и порталов.
В советский период храм лишился глав, колокольни и внутреннего убранства. Реставрационные работы проводились в 2007-2015 годах. Сохранились свидетельства о библиотеке прихода, включавшей старопечатные Минеи 1692 года и рукописное «Житие Димитрия Солунского», которое переписывал юный Михаил Ломоносов.
Приход, существовавший с XVII века, объединял 26 деревень. В 1865-1872 годах здесь проводились торжества в память Ломоносова. В 1885 году приход вошел в состав Куростровско-Быстрокурского миссионерского комитета 2-го разряда для противодействия старообрядческому расколу.
