Prva crkva sagrađena je oko četvrtog veka, na mestu rimskog kupatila. Nekoliko puta je razarana od požara a na kraju je crkva sagrađena kao petobrodna bazilika od [[629]] godine - [[634]]. godine,ovo je oblik crkve koji se zadržao do danas. Mozaici koji se danas nalaze u crkvi predstavljaju retke primere umetmnosti preživele iz doba [[Ikonoborstvo|Ikonoborstva]]. Nakon osvajanja Soluna od strane Turaka [[1430]]. godine, crkva je pretvorena u islamsku bogomoljudžamiju.Nakon oslobađanja Soluna u balkanskim ratovima crkva Svetog Dimirija je osveštana i ponovo joj je vraćeno zvono.
Crkva je nažalost bila razorena [[1917]] u velikom solunskom požaru, ali je restaurirana između [[1926]]. i [[1948]]. godine. Prilikom funkcionisanja crkve kao džamije i velikog oštećenja u požaru iz [[1917]] najveći deo mozaika iz [[vizantijsko carstvo|vizantijskog perioda]] je izgubljen. Kasnija iskopavanja su otkrila delove rimskog kupatila, koji se i danas mogu videti unutar crkve, gde su [[Rimljani]] držali svetog Dimitrija i pogubili ga. Unutar crkve nalazi se sarkofag sa moštima svetog Dimitrija. Crkva danas predstavlja jedan od najlepših primera paleohrišćanskih i [[Vizantijska umetnost|vizantijskih]] spomenika kulture u Solunu. Crkva se nalazi u Istoimenoj ulici.
