В конце XIX века деревня Коломяги насчитывала около тысячи постоянных жителей, а в летний период население значительно увеличивалось за счет дачников. Ближайшая Благовещенская церковь находилась в Старой Деревне, что создавало неудобства для прихожан. В 1883 году, в память об императоре Александре II, местные крестьяне решили возвести каменную часовню. Спустя два года, в 1885 году, часовня была построена и освящена во имя святого благоверного князя Александра Невского.
К концу XIX века часовня уже не вмещала всех желающих, особенно в летний период. В 1899 году жители Коломяг обратились к митрополиту Санкт-Петербургскому и Ладожскому Антонию с просьбой о перестройке часовни в полноценный храм. Получив благословение, община начала сбор средств, в котором участвовали как местные жители, так и петербургские дачники.
Строительство храма началось в 1905 году по проекту архитектора Александра Александровича Всеславина, известного также созданием часовни святой блаженной Ксении на Смоленском кладбище. К 1906 году деревянный храм был завершен и освящен во имя святого великомученика Димитрия Солунского.
Архитектурно храм представляет собой деревянное здание, увенчанное восьмериком с кокошником и малыми главками. Над входом возвышается одноярусная колокольня со шпилем.
После революции 1917 года храм не был закрыт и продолжал функционировать, оставаясь духовным центром для местных жителей. В 1940 году настоятелем храма был назначен протоиерей Иоанн Феодорович Горемыкин. Во время Великой Отечественной войны и блокады Ленинграда храм оставался одним из немногих действующих в городе, предоставляя духовную поддержку населению. Отец Иоанн, несмотря на тяжелые условия, продолжал служение, за что прихожане называли его «блокадным батюшкой». Он скончался в 1942 году, и его могила находится у северной стены храма.
В послевоенные годы храм продолжал действовать без перерывов, что является редким случаем для религиозных учреждений того времени. В 2006 году приход отметил 100-летие со дня основания храма.
