Деревянная церковь в честь великомученика Димитрия Солунского была сооружена в середине ХVII столетия, она был духовным препятствием на окраине города, ведущей к Полтаве. Именно в связи с таким расположением храма было выбрано святого, в честь которого был освящён центральный престол: великомученик был известным воином, поэтому считалось, что он будет охранять Харьковскую крепость от врагов.
По преданию, именно покровительство св.Димитрия помогало защитить город от нападений татар. В XVIII - начале XIX веков прихожанами храма были жители пригородных слобод Гончаровка и Панасовка, прославленных в произведениях писателя Григория Квитки-Основьяненко. Первая церковь была деревянной. В 1764 году ее разобрали и построили новую, тоже деревянную, которая сгорела в 1804 году вместе с архивом. Вскоре возле храма образовалось кладбище, таким образом церковь на какое-то время стала кладбищенской. Она была выполнена в традиционных формах украинской архитектуры с колокольней, которая стояла отдельно.Третий храм был построен в 1808 году. Храм построили по проекту архитектора Е.А.Васильева. Вначале храм был бедным, иконостас для него использовался старый - с Основянской церкви. Со стороны улицы церковь была огорожена частоколом, а с других сторон - забором из хвороста. С увеличением прихода в 1842 году к зданию церкви пристроили два престольных предела - в честь Смоленской иконы Богородицы (Одигитрии) (единственная икона, пережившая пожар 1804 года, сохранившаяся еще со времен первой церкви и почитающаяся как великая святыня) и в честь преподобного Сергия Радонежского, а также возвели колокольню. После расширения храм вмещал 800 человек. В 1872 году на участке возле церкви по проекту архитектора Харьковского учебного округа Д.Л.Ткаченко построили двухэтажный каменный дом для служителей церкви. В 30-х годах ХХ века в храме были запрещены богослужения, со временем церковь превратилась в кинотеатр “Спорт”. Колокольня была снесена. Только после провозглашения Независимости Украины богослужения были возобновлены, некоторое время велась борьба за возвращение храма приходу. В настоящее время ведутся работы по восстановлению первозданного вида храма, финансируемые при помощи пожертвований прихожан.
