Димитриевская церковь, как и большинство церковь того времени, была деревянной, когда строение обветшало, оно было снесено и выстроено заново, снова же из дерева. Новая церковь была очень похожа на предшественницу. Это было традиционная украинская церковь с тремя куполами, невысокая колокольня стояла отдельно, рядом было кладбище.

В 1804 году деревянная Димитриевская церковь погибла в огне. При пожаре сгорели и церковные архивы, уцелела икона Смоленской Божией Матери, ставшая святыней. Уже в 1805 году по благословению епископа Христофора начали строительство небольшого каменного храма. Проект, для которого был разработан архитекторы Петр Ярославский и Евгений Васильев.

Строительство завершили к 1808 году и храм освятили. Приход постепенно рос, к 1840 году возникла необходимость в расширении. Тогда к Димитриевской церкви пристроили два придела. Позже возле храма построили двухэтажный дом для дьяконов и сторожей, служивших при церкви.

Храм вмещал до 800 прихожан, но приход продолжал расти, после строительства железной дороги вновь возникла необходимость в расширении, церковь реконструировали. И теперь посетить служение могли две тысячи человек. К зданию пристроили приходскую школу и часовню.

Димитриевская церковь опекала расположенную рядом Александровскую больницу, занималась начальным образованием детей и благотворительностью, при ней было открыто училище для девочек и больница для престарелых.

В советские годы храм закрыли, а прихожане подверглись репрессиям, некоторые были расстреляны. Здание перестроили, испортив архитектуру, и разместили в нем кинотеатр и магазин.

После распада советского союза постоянные богослужения проводились в действующем кинотеатре, очень долго торговые точки в здании церкви продолжали работать. Помещения постепенно передаются церкви, начинается ремонт, и реставрация храма, завершить которые удалось лишь недавно. Реставрационные работы невозможно провести в полуаварийном строении, поэтому был необходим капитальный ремонт, что значительно замедлило восстановление Димитриевской церкви. Лишь недавно над куполом был установлен крест.