Храм во имя святого великомученика Димитрия Солунского в Севастополе основан как приход в 2010 году, когда был получен государственный акт на земельный участок площадью 0,1 га. Земля выделена на 5-м километре Балаклавского шоссе, близ автобусной станции пригородного сообщения. Первые богослужения совершались во временном молитвенном доме, возведение которого началось в мае 2011 года.
Строительство храмового комплекса осуществлялось в несколько этапов. В 2011 году завершены кровельные работы на колокольне, а в ноябре того же года состоялась встреча мощей святого Димитрия Солунского, доставленных в Севастополь. Первая Божественная литургия отслужена 15 февраля 2012 года в праздник Сретения Господня. К 2014 году возведено двухэтажное здание с молельным залом и подсобными помещениями.
Архитектурный проект комплекса разрабатывался несколькими специалистами. Первоначальный вариант создан архитектором из Днепропетровска, последующие корректировки вносили севастопольские зодчие. В планах приходской общины значилось строительство основного храма и богадельни, работы по возведению которой начались в ноябре 2014 года.
При храме сформирована военно-патриотическая воскресная школа, открытая в ноябре 2012 года при участии казаков Севастопольской пластунской сотни. Территория храма граничит с братской могилой воинов Приморской армии, павших при освобождении Севастополя в мае 1944 года.
В храме находится икона святого Димитрия Солунского с частицей его мощей. Богослужебная жизнь прихода включает регулярное совершение акафистов святому покровителю храма. Архитектурный ансамбль продолжает развиваться согласно утверждённому проекту.