Церковь великомученика Димитрия Солунского была приписная к собору, кладбищенс­кая, построена на городском кладбище на сред­ства собора и освящена в 1873 г. (1).
Изначально церковь была каменной, с де­ревянной отдельно стоящей колокольней (2), каменная колокольня пристроена в 1889 г. В начале XX в. усердием жертвователей были пристроены два придела: южный - во имя первомученика и архидиакона Стефана, северный - равноапостольной княгини Ольги (3). Предположительно, Стефан был внуком первостроителя церкви Димитрия Ярославцева, а Ольга - женой Стефана. В ограде Димитрисвской церкви находится надгробие могилы Стефана и Ольги.

Церковь кораблевидного типа, основные объемы отягчены пристроенными позднее приделами. Световой барабан венчает устрем­ленный вверх купол, окруженный четырьмя малыми главками. Над теплой папертью с за­пада находится изящная восьмигранная коло­кольня, завершенная сферическим куполом с крестом. В оформлении второго яруса коло­кольни, в декоративных фронтонах использо­ваны прямоугольные ширинки (неглубокие пиши). Внешний декор храма сдержанный, подчеркивающий скорбное назначение церк­ви. Оконные проемы обрамлены строгими на­личниками, карнизы церкви оформлены по­ясом лопаток. Храм довлеет к классическому типу с барочными элементами. Сначала богослужение отправлялось пооче­редно соборным причтом по воскресным, праздничным и субботним дням, позднее служ­бы совершались ежедневно.
В советский период истории священство и прихожане остались верными патриарху Ти­хону, а затем его местоблюстителю митропо­литу Сергию. В противовес обновленческому епископу Челябинскому и Троицкому «тихоновцы» приглашали на богослужения «старо-церковнических» епископов, например, епис­копа Николая (Амасийского) из Кустаная в но­ябре 1925 г.(4). В эти годы Димитриевская цер­ковь становится независимой от собора - цен­тра обновленчества в г. Троицке.
Одним из священников церкви в это время стал бывший соборный свя­щенник Виктор Федорович Петропавловский (I860 г. р.), сын диакона. По окончании Уфимской семинарии в 1883 г. он был определен псалом­щиком в Свято-Троицкий собор г. Троицка. В 1894 г. В. Петропавловский был руко­положен в сан священника и направлен в приход стани­цы Великопетровской, по­зднее по прошению возвра­щен в Троицкий собор (5). В 1907 г. попечителем Орен­бургского учебного округа о. Виктор был назначен за­коноучителем 2-го город­ского 4-х классного училища, заведующим шко­лой грамоты пос. № 6. Священник был награж­ден наперсным крестом, серебряной медалью в память царствования императора Александра III (6). С июня 1920 г. до закрытия о. Виктор свя­щенствовал в Димитриевской церкви, после чего перешел в Александро-Невскую церковь (7).
Другим священником Димитриевской цер­кви с 1918 по 1930 г. был Александр Александ­рович Никольский (1891 г. р.) После закрытия церкви он также стал священником Алсксандро-Невской церкви (8). До закрытия церкви в ней служили также протоиереи Николай Кнутарев и Николай Савелов.
11 мая 1930 г. начальник административно­го отдела Троицкого окрисполкома получил рапорт, что на основании постановления Пре­зидиума ВЦИКот 18 февраля 1930 г. за № 5137 «Дмитриевская кладбищенская церковь в Тро­ицке... ликвидирована и все принадлежащее... церкви имущество сдано в Госфонд при Тро­ицком окрфо полностью, церковный совет рас­пущен» (9).

В акте приемки церковного имущества поражает количество и богатство убранства не­большой кладбищенской церкви. Объясняется это тем, что в годы массового закрытия хра­мов зачастую их утварь передавалась в еще дей­ствующие.
«1) Колоколов разных — 8...  28) икон разных размеров без киотов - 92; 29) люстр разных размеров - 8... 60) полных архиерейс­ких облачений - 7; 61) священнических - 19; 62) дьяконских - 14; 63) стихарей детских -18» (10).
После закрытия помещение церкви использовалось под склад маслозавода, здесь храни­лись подсолнечник, соя.
В годы Великой Отечественной войны из­менилось отношение ЦК ВКП(б) и правитель­ства к Православной Церкви, стали открывать­ся храмы, возвращаться из ссылок и лагерей священнослужители и миряне. По постановле­нию Совета по делам РПЦ при Совете Мини­стров СССР от 20 мая 1947 г. храм был передан верующим троичанам (11). С тех пор Димитриевская церковь не зак­рывалась и долгое время была единственным действующим храмом округи.

Священники Димитриевской церкви с 1947 г.
1. протоиерей Трофим Гончаров - 1947-1950
2. иеромонах Иосиф - 1947-1950
3.  протоиерей Михаил Рождественский -1954-1956
4. протоиерей Михаил Арчажников - середи­на 50-х годов.
5. протоиерей Сергий Аристов -1961 г.
6. иерей Феодор Протосовицкий - 1963 г.
7. протоиерей Александр Огурцов -1963-1966, 1967 г.
8. протоиерей Петр Маторин — 1966-1967
9. протоиерей Иоанн Опик - 1966-1967
10.протоиерейАнаталийМухин -1968-1973
11. персы Александр Тяжев — (?)
12. игумен Иоанн Булдыгин - 1973-1976
13. иерей Игорь Марков — 1976 г.
14. протоиерей Анатолий Кривоногое -1976-1981
15. иерей Сергий Бочкарев - 1981-1985
16. иерей Петр Кремнев - 1985-1989
17. протоиерей Александр Швалев - 1989-1991
18. иерей Владимир Котлецов — с 1991 г.
19. иерей Максим Лысое — с 2003 г.

Примечание:
1. ГАОО.Ф. 173. Oп. 9. Д. 1491.Л. 304 об.
2. Там же. Д1021.Л 12 об.
3. Там же. Д 1762. ЯЗ.
4. АОА г. Троицка. Ф. 425. Оп. 1. Д 14. Л.64-65.
5. ГАОО. Ф. 173. Оп. 9. Д 1762. Л. 13,13 об.
6. Там же. Д 1631. Л. 765 об.
7. АОА Тр. р-на. Ф. 161. Оп. 2. Д 2. Л. 200.
8. Там же. Л. 201.
9. Там же. Д 175. Л. 23.
10. Там же. Л.31.
11. АОА г. Троицка. Ф. 20. Оп. З. Д 106. Л. 1.