Храм во имя святых мучеников Кирика и Иулитты в селе Димитров был построен в 1835 году для ассирийской общины, переселившейся из Персии в Армению после русско-персидской войны 1826–1828 годов. Ассирийцы, ранее проживавшие в Урмии, приняли православие и получили разрешение на переселение в рамках Тукманчайского мирного договора. Село, изначально называвшееся Койласар (также встречались варианты Гайлазор и Гайласар), было переименовано в Димитров в 1949 году.
В 1881 году храм был реконструирован на средства Общества восстановления православного христианства на Кавказе. В 1893 году обновлен иконостас. В советский период, после ареста последнего ассирийского священника в 1937 году, богослужения прекратились. В 1943 году приход перешел под юрисдикцию Грузинской Православной Церкви, но постоянного священника не было до 1989 года.
В 1980-х годах проведена реставрация храма силами местных жителей. В 1989 году богослужения возобновились под омофором Русской Православной Церкви. Храм стал центром православной жизни в Армении до открытия Покровского храма в Ереване. Богослужения совершаются на церковнославянском языке, часть текстов дублируется на ассирийском (новоарамейском) языке.
Архитектура храма характерна для ассирийских православных церквей XIX века. Здание построено из сырцового кирпича, с элементами позднейших реконструкций. В храме сохранились иконы с надписями на ассирийском языке, изготовленные в Санкт-Петербурге по заказу местных жителей. Престольный праздник отмечается 15 июля (по юлианскому календарю) в день памяти святых мучеников Кирика и Иулитты.