В 1571 году, по указу царя Иоанна IV, на Белгородской засечной черте были выставлены сторожевые посты для защиты южных рубежей государства. Одним из таких постов стало селение Алымец, расположенное в пяти верстах от сторожевого поста в устье реки Олымчик. Прибывшие на новое место казаки первоначально построили деревянную церковь во имя святого великомученика Димитрия Солунского, о чем свидетельствуют писцовые книги Воронежа за 1600 год. Позднее к храму были пристроены два придела: один в честь святых жен-мироносиц, другой — во имя святого Иоанна Предтечи и Крестителя Господня.
В 1695 году, во время подготовки к первому Азовскому походу, Петр I остановился в селе Алымец. По его указу в селе были построены 60 домов для связей, мельница и новая каменная церковь во имя Димитрия Солунского с тремя престолами. К 1913 году население прихода составляло 5 154 человека. Иконы в храме были украшены золочеными окладами.
Вокруг села Царево, вблизи Алымца, располагались семь дворянских усадеб, владельцы которых делали значительные пожертвования на содержание и благоукрашение храма. Среди священнослужителей храма известен священник Василий Солнышкин. После его ухода на покой в приход были назначены священники Михаил Преображенский и Дмитрий Кутепов. В 1929 году, в период антирелигиозной политики советского государства, церковь была закрыта, а священнослужители арестованы и расстреляны как «враги народа» за отказ отречься от веры.
В 1954 году председатель колхоза имени Мичурина Дмитрий Иванович Шепелев распорядился взорвать здание церкви. Кирпичи, полученные после разрушения, были использованы для строительства мастерских и хозяйственных построек. Железо, снятое с храма, применили для кровли средней школы в Тербунах. Колокольню, однако, разрушить не удалось из-за её прочности.
В 1992 году на общем собрании колхоза жители села Дмитрий и Роман Кузьмины предложили восстановить приход. После ряда обращений в церковные инстанции и получения благословения от архимандрита Серафима в 1996 году, под церковь было передано здание бывшей аптеки. В 1997 году начались работы по перепланировке и ремонту здания, включая замену полов. Уже с 1999 года в недостроенном храме начали проводиться богослужения. Освящение престола совершил епископ Олипий СХИ архимандрит Серафим. Первым священником восстановленного храма стал отец Сергий.
