Храм великомученика Димитрия Солунского в селе Дмитриановское был построен в 1763 году на средства бывшего воспитанника местного помещика. Согласно сохранившимся сведениям, этот воспитанник, получив наследство после смерти своего благодетеля, продал имущество и направил вырученные средства на строительство каменного пятиглавого храма в родном селе, после чего принял монашеский постриг. Первоначально колокольня храма оставалась деревянной, от предыдущей церковной постройки.
В 1863 году к храму был пристроен теплый Боголюбский придел, а деревянная колокольня заменена на каменную. Архитектурно храм представлял собой двусветный одноглавый четверик с трапезной и колокольней. В советский период, в 1934 году, храм был закрыт для богослужений, а его помещение использовалось местным совхозом в качестве склада. Колокольня была разрушена в это время.
В начале XXI века начался процесс восстановления храма. Богослужения временно проводились в актовом зале расположенной рядом администрации сельскохозяйственного предприятия. В ноябре 2009 года, в престольный праздник, состоялось освящение новых главки и креста для храма. На момент описания храм продолжал восстанавливаться, постепенно возвращая свой первоначальный облик.
Исторические источники указывают, что храм относится к Петровскому благочинию Ярославской епархии. В дореволюционный период село Дмитриановское входило в состав Зверинцевской волости Ростовского уезда Ярославской губернии. По данным на 1885 год, в селе насчитывался 51 двор.
