Первая церковь во имя великомученика Димитрия Солунского в селе Сырейка была построена в 1871 году. Храм был деревянным, с одним престолом. В клировых ведомостях Самарской епархии за 1913-1918 годы сохранились записи о священнослужителях: священнике Григории Анненкове, диаконах Феодоре Григорьеве, Алексии Павперове и Петре Кубареве, а также псаломщике Александре Гришине. В этот период при храме велись метрические книги, фиксировавшие акты гражданского состояния.
В 1930 году храм был закрыт советскими властями. По свидетельствам местных жителей, трое прихожан, отказавшихся отречься от веры, были арестованы и исчезли. Здание церкви постепенно пришло в упадок и к 1950-м годам полностью разрушилось. Священник Николай Евтропов, служивший в храме после закрытия, был арестован в 1937 году и расстрелян 26 января 1938 года по обвинению в контрреволюционной деятельности.
В начале 2000-х годов началось возрождение приходской жизни. 8 ноября 2003 года на месте разрушенного храма был установлен поклонный крест. В 2004 году образовалась православная община, принявшая решение о строительстве нового храма. Государственная регистрация прихода состоялась в 2005 году.
Новый деревянный храм был построен между 2005 и 2009 годами. Архитектурное решение повторяет традиционные формы русского деревянного зодчества. Храм освящен во имя великомученика Димитрия Солунского, сохраняя историческое посвящение. Приход входит в состав Кинельской епархии Самарской митрополии Русской Православной Церкви.