История храма начинается в 1856 году, когда он был построен жителями села Дмитриевское, преимущественно казаками, переселившимися в этот регион в начале XIX века. В 1875 году храм был расширен, а в 1908–1909 годах на его месте была возведена новая церковь, значительно превосходящая прежнюю по размерам. В храме был устроен придел во имя святого Георгия Победоносца.
В 1886 году при храме была открыта мужская одноклассная церковно-приходская школа, а в 1897 году — женская одноклассная школа. Обе школы располагались в собственных зданиях, построенных на церковные и общественные средства.
После революции 1917 года храм не был закрыт и в нём располагался склад зерна. Несмотря на это, храм сохранил свой первозданный облик, включая искусно выполненные купола, каменные стены, колоннаду внутри церкви, колокольню и кресты. Пол внутри церкви, выложенный старинной плиткой, сохранился до настоящего времени. Первоначальный иконостас утрачен, но сохранилась часть родных икон. Большинство икон храма являются даром жителей села Дмитриевское. Среди икон есть особо почитаемые и уникальные иконы XVII века.
