Како ретко кој друг светител, светиот великомаченик Димитриј е почитуван и славен насекаде низ православниот свет, и особено на Балканот, меѓу Грците, Македонците, Албанците, Бугарите и Србите.
Свети Димитриј е заштитник на градот Солун. Можеби токму затоа, кога во 1912 година градот бил ослободен од турското повеќевековно ропство, се појавиле многу сведоштва на верни луѓе кои тврделе дека го виделе светиот великомаченик како се движи низ градот.
Црквата датира од времето кога градот бил втор по големина и значајност во Византија. Црквата „Св. Димитрија“ е вклучена во списокот на Светско и културно наследство на УНЕСКО од 1988 година. Свети Димитриј Солунски е роден во Солун во 280 година и починал како маченик за христијанската вера во 303 година. Кога императорот Константин Велики го забранил прогонувањето на христијаните од имперјата, на местото на затворот на Св. Димитрија (по друга верзија – над неговиот гроб) во 313 – 323 година била изградена мала црква.
По сто години, во 412 – 413 година, илирскиот големец Леонтиј поради неговото излекување од парализа, ја изградил првата голема црква (трикорабна базилика) меѓу урнатините на античките терми и стадионот. Олтарниот дел на црквата бил сместен над наводното место на гробот на светителот и при изградбата биле откриени неговите мошти, тајно закопани таму, според житието од солунските христијани во 306 година. Од старата црква се задржани само некои архитектонски елементи и уметнички мозаик.
Според друга верзија, првата базилика посветена на Свети Димитриј Солунски била изградена во Солун дури во 5 век (постојат разлики во верзиите – во почетокот или во последната четвртина на 5 век). Оваа дата е поврзана со верзијата за зародиш на култот на Свети Димитрија во град Сирмиум (денешна Сремска Митровица во Србија), од каде неговите мошти биле пренесени во Солун или заземањето на градот од Атила во 441 година, или од Аварите во 582 година, но последноата претпоставка е оспорена од археолозите, кои ги спровеле ископувањата во базиликата.
Црквата пострадала од пожар во владеењето на царот Ираклиј I (веројатно меѓу 628 – 634 година), но бргу била обновена и проширена до петкорабна базилика. По освојувањето на Солун од страна на Османлиите во 1430 година, базиликата била оставена на христијаните. При предвањето на црквата на османлискиот султан Мурат II, според зборовите на византискиот историчар Дука, султанот пренел жртва на овен и наредил да се остави храмот во рацете на христијаните, но сите украси на храмот и гробот на Свети Димитар биле уништени од Турците, а храмот целосно ограбен.
Во 1493 година црквата била претворена во џамија. Во овој период за христијаните бил зачуван пристапот до кенотафот на Св.Димитрија, лоциран во еден помал објект во западниот дел на левиот кораб, каде што бил направен посебен влез. Тогаш фреските и мозаиците на храмот биле покриени со вар. Базиликата останала муслимански храм до 1912 година, кога во текот на Првата балканска војна, Солун станал дел од Грција.
Храмот практично целосно бил опожарен во 1917 година. Реставрацијата започнала во 1926 година, кога бил отворен влез кон криптата, а под олтарот бил пронајден сад, наводно со крвта на Димитрија. Исто така започнало враќањето на фреските и мозаиците, кога била отстранета варта. Од пожарот во 1917 година настрадал и покривот. Дел од мозаиците се наоѓаат во криптата претворена во музеј.
При реставрацијата максимално се користеле старите столбови. Подот при реставрацијата бил направен од обоени камења и мермер, покривот бил направен повторно од бетон, но го задржал изгледот на безтавански дрвен покрив, карактеристичен за ранохристијанските базилики.
Рестсаврацијата завршила и на 26 октомври 1949 година било извршено ново осветување на црквата и од тој момент црквата започнала да биде активна со редовни богослужби. Влезот во базиликата и во Археолошкиот музеј во криптата е слободен. Во базиликата, освен моштите на Свети Димитрија, се чуваат и моштите на Анисија Солунска во сребрени ковчег
Во денешен Солун базиликата се наоѓа во историскиот центар, до археолошкиот комплекс на античката Агора, на пресекот на улиците “Селевкос” и “Агиос Димитриос”.
Во 2003 година во гробница, изградена на влезот во базиликата бил погребан солунскиот митрополит Пантелејмон II (Хрисофакис), со чии напори во храмот биле вратени моштите на Свети Димитрија